Χρήσεις Βαρύ Νερού

Το βαρύ νερό είναι επίσης γνωστό ως οξείδιο του δευτερίου και είναι ένα χημικό στοιχείο. Το υδροξείδιο έχει ένα σύμβολο που ονομάζεται Η και πολλά άτομα που ονομάζονται 1. Όσον αφορά το βάρος, το υδρογόνο είναι μακράν το ελαφρύτερο. Τυπικά, το υδρογόνο είναι ένα αέριο που αποτελείται από μόρια με τύπο Η2. Δεν μυρίζει, δεν είναι τοξικό, δεν μοιάζει με τίποτα και είναι πολύ εύφλεκτο. Το υδρογόνο είναι το πιο κοινό χημικό στοιχείο στο σύμπαν. Αποτελεί περίπου το 75% όλων των συνηθισμένων πραγμάτων που βλέπουμε γύρω μας. Πολύ υδρογόνο βρίσκεται σε μορφή πλάσματος στον Ήλιο, γεγονός που τον κάνει να λάμπει. Σχεδόν όλο το υδρογόνο στον πλανήτη έχει τη μορφή μορίων όπως το νερό και οργανικών ουσιών όπως τα φυτά.

Προετοιμασία Βαρύ Νερού

• Ηλεκτρόλυση Βαρέων Νερών σε πολλαπλά στάδια

Το υδροξείδιο απελευθερώνεται ταχύτερα από το δευτέριο όταν το νερό ηλεκτρολύεται, αλλά όχι τόσο γρήγορα όσο το δευτέριο. Ως αποτέλεσμα, οι δεσμοί H2O σπάνε 18 φορές πιο συχνά από τους δεσμούς D2O. Διατηρώντας την ηλεκτρόλυση μέχρι να μείνει μόνο λίγο νερό, το D2O που βγαίνει είναι καθαρό. Όταν ηλεκτρολύσαμε 30 λίτρα νερού, πήραμε περίπου 1 ml (περίπου μια κουταλιά της σούπας) βαρύ νερό.

• Αντιδράσεις ανταλλαγής

Υπάρχουν επίσης τρόποι για να φτιάξετε το D2O, ένα είδος βαρέος νερού. Συμβαίνει, για παράδειγμα, όταν το αέριο H2S περνά μέσα από θερμαινόμενο νερό. Τα άτομα δευτερίου από το D2O που βρίσκονται ήδη στο νερό χρησιμοποιούνται για να αντικαταστήσουν τα άτομα υδρογόνου στο H2S, οπότε το νερό παραμένει το ίδιο. Έτσι, το D2S μπαίνει στο H2S. Αν αναμίξετε το H2S με δευτέριο και κρύο νερό, το δευτέριο από το D2S και το υδρογόνο από το H2O αλλάζουν ξανά θέση. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται και το κρύο νερό παίρνει λίγο περισσότερο D2O κάθε φορά.

• Κλασματική απόσταξη

Η διαδικασία κλασματικής απόσταξης θα μπορούσε να επηρεάσει το πόσο καλά διαχωρίζεται το βαρύ νερό από το κανονικό νερό, επομένως μπορεί να μην λειτουργεί. Σε αυτό το βήμα χρησιμοποιείται η διαφορά μεταξύ του σοβαρού και του συνηθισμένου σημείου βρασμού του νερού. Έτσι, το ελαφρύτερο τμήμα σπάει πρώτα, αφήνοντας πίσω του ένα βαρύτερο υπόλειμμα πλούσιο σε νερό (D2O).

Ιδιότητες του Βαρύ Νερού

Φυσικές ιδιότητες του βαριού νερού

Το βαρύ νερό δεν έχει χρώμα, οσμή ή γεύση όπως το κανονικό νερό. Είναι επίσης αβίαστη η κίνηση. Έχει πολλές διαφορετικές φυσικές ιδιότητες. Εδώ είναι μερικά από αυτά:

• Το βαρύ νερό έχει καλύτερο σημείο βρασμού, μέγιστη πυκνότητα και λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης από το νερό (18 g). Επειδή το βαρύ νερό έχει πιο τεράστιο μοριακό βάρος (20 g) από το νερό (18 g), οι φυσικές του σταθερές είναι υψηλότερες.
• Ένα άλλο πράγμα που πρέπει να σημειωθεί είναι ότι όταν το βαρύ νερό αναμιγνύεται με νερό, έχει χαμηλότερη διηλεκτρική σταθερά από το νερό.
• Ιονικές χημικές ουσίες στο βαρύ νερό δεν διαλύονται τόσο καλά όσο στο νερό, επομένως δεν αναμειγνύονται καλά.

Χημικές ιδιότητες του βαριού νερού

Το βαρύ νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιαδήποτε χημική διεργασία που χρησιμοποιεί νερό. Το βαρύ νερό είναι λιγότερο αντιδραστικό από το νερό. Οι χρήστες βαρέος νερού μπορεί να μην ανταποκρίνονται τόσο γρήγορα όσο οι χρήστες νερού. Ο δεσμός O-D διασπάται ταχύτερα από τον δεσμό O-H. Η σύνδεση O–D είναι πιο σταθερή.

• Δευτερολύση: Μερικά ανόργανα άλατα μπορούν να διασπαστούν από το νερό, αλλά όχι όλα. Αυτό ονομάζεται δευτερόλυση άλατος και όταν χρησιμοποιείται βαρύ νερό, συμβαίνει με τον ίδιο τρόπο.

AlCl3 + 3D2O → Al(OD)3 + 3DCl

BaS + 2D2O → Ba (OD)2 + D2S

• Δράση στα μέταλλα:Το βαρύ νερό αντιδρά με μέταλλα όπως το νάτριο και το ασβέστιο, απελευθερώνοντας δευτέριο και δίνοντας βαριά αλκάλια.

2Na + 2D2O → 2NaOD + D2

• Δράση στα οξείδια μετάλλων:Συμβαίνει όταν βασικά οξείδια όπως το μονοξείδιο του νατρίου και το οξείδιο του ασβεστίου αναμειγνύονται με βαρύ νερό. Αυτό κάνει βαριά αλκάλια, τα οποία παρασκευάζονται.

Na2O + D2O → 2NaOD

• Δράση σε μη μεταλλικά οξείδια:Τα δευτεροοξέα παράγονται όταν το βαρύ νερό έρχεται σε επαφή με όξινα μη μεταλλικά οξείδια όπως το τριοξείδιο του θείου, το πεντοξείδιο του διαζώτου και άλλα.
• Η δράση των νιτριδίων, φωσφιδίων και καρβιδίων μετάλλων:Το βαρύ νερό διασπάται σε αμμωνία με νιτρίδια μετάλλων, κάτι που είναι σοβαρό.

Mg3N2 + 6D2O → 3Mg(OD)2 + 2ND3

• Σχηματισμός δευτεριωτικών αλάτων:Οι άνθρωποι φτιάχνουν δευτεριικά άλατα με βαρύ νερό. Δημιουργούνται όταν το αλάτι κρυσταλλώνεται από ένα διάλυμα σε βαρύ νερό. Τα CuSO4.5D2O και MgSO4.7D2O είναι δύο παραδείγματα αλάτων που είναι άλατα.
• Αντιδράσεις ανταλλαγής:Το βαρύ νερό αντιδρά με πολλά διαφορετικά πράγματα που έχουν άτομα υδρογόνου, με αποτέλεσμα την αντικατάσταση ορισμένων ή όλων των ατόμων υδρογόνου με δευτέριο. Οι διαδικασίες ανταλλαγής συμβαίνουν αυθόρμητα εάν οι ενώσεις έχουν ιοντικά άτομα υδρογόνου.

NaOH + D2O → NaOD + HDO

HCl + D2O → DCl + HDO

• Βιολογικές επιδράσεις:Το βαρύ νερό κάνει τα φυτά και τα ζώα να αναπτύσσονται πιο αργά. Οι σπόροι δεν αναπτύσσονται σε καθαρό και βαρύ νερό και τα μικρά ψάρια πεθαίνουν. Επιπλέον, το νερό με πολύ D2O είναι κακό για εσάς.

Χρήσεις βαρέος νερού

• Το βαρύ νερό χρησιμοποιείται για να απαλλαγούμε από μικρόβια και βακτήρια.
• Οι άνθρωποι χρησιμοποίησαν την ικανότητα του βαρέος νερού να ανταλλάσσει με άλλα πράγματα για να μάθουν για τις δομές και τη βασικότητα πολλών οξυοξέων.
• Έτσι γίνεται το δευτέριο από βαρύ νερό με ηλεκτρόλυση ή με αντίδραση με νάτριο που μοιάζει με μέταλλο.
• Οι άνθρωποι που εργάζονται σε πυρηνικούς σταθμούς χρησιμοποιούν βαρύ νερό για να επιβραδύνουν τη ροή ενέργειας. Τα άτομα ουρανίου χρειάζονται νετρόνια που κινούνται πολύ αργά για να διασπαστούν, επομένως πρέπει να είναι τεράστια. Τα νετρόνια επιβραδύνονται ρέοντας μέσα από βαρύ νερό, το οποίο δρα ως «μεσολαβητής».
• Ένας ιχνηθέτης που ονομάζεται "βαρύ νερό" χρησιμοποιείται για να εξετάσει πράγματα όπως οι αντιδράσεις της αρωματικής ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης, η μεταβολική δραστηριότητα και άλλα πράγματα.

Συμπέρασμα

Το D2O, το οποίο είναι βαρύ νερό, έχει γοητεύσει τους επιστήμονες από την ανακάλυψη του δευτερίου από τον Urey το 19311. Είναι η πυκνότητα του D2O που το κάνει λίγο πιο πυκνό από το H2O. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι το δευτέριο είναι βαρύτερο από το υδρογόνο, αλλά εξακολουθεί να είναι μια μεγάλη διαφορά. Πιο διακριτικά, ο δευτεριισμός κάνει τους δεσμούς υδρογόνου (ή δευτέριου) ισχυρότερους στο D2O από ότι στο H2O3,4 ή το H2O5, 6. Όταν το καθαρό νερό δευτεριοποιείται, αλλάζει το pH (ή το PD) του κατά 0,44.

Αυτό προκαλεί μια ελαφρά αύξηση στα σημεία πήξης και βρασμού κατά 3,8°C και 1,4°C, αντίστοιχα. Αυτό δεν ισχύει για το νερό που απλώς διαλύει το CO2 από τον αέρα και παράγει αραιό ανθρακικό οξύ σε ανοιχτά δοχεία. Αυτό έχει πολύ πιο σημαντική επίδραση στο pH του νερού, αλλάζοντας το κατά περισσότερες από μία μονάδες, ωστόσο.