Nehézvíz
| Nehézvíz | |
 Mindenfajta más izotóppal helyettesített vízmolekulának ilyen a szerkezete. | |
| IUPAC-név | Deutérium-oxid |
| Más nevek | Dideutérium-monoxid |
| Kémiai azonosítók | |
|---|---|
| CAS-szám | 7789-20-0 |
| RTECS szám | ZC0230000 |
| Kémiai és fizikai tulajdonságok | |
| Kémiai képlet | D2O |
| Moláris tömeg | 20,04 g/mol |
| Megjelenés | átlátszó, színtelen folyadék |
| Sűrűség | 1,1056 g/mL, folyadék (20 °C) 1,0177 g/cm³, szilárd (olvadásponton) |
| Olvadáspont | 3,82 °C, 38,88 °F (276,97 K) |
| Forráspont | 101,4 °C, 214,56 °F (374,55 K) |
| Viszkozitás | 0,00125 Pa·s 20 °C-on |
| Kristályszerkezet | |
| Dipólusmomentum | 1,87 D |
| Veszélyek | |
| MSDS | Külső MSDS |
| Főbb veszélyek | 3 nap vagy hosszabb idő alatt a sejtosztódás gátlása miatt halálos lehet |
| NFPA 704 |  0
1
0
|
| Rokon vegyületek | |
| Rokon oldószerek | aceton; metanol |
| Rokon vegyületek | vízgőz; jég |
| Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak. | |
A nehézvíz (deutérium-oxid, D2O vagy ²H2O) tulajdonságai nagyon hasonlítanak a közönséges víz (H2O) tulajdonságaihoz. A különbség abból adódik, hogy a nehézvíz esetében mindkét hidrogénatom a hidrogén nehezebb izotópjára (deutériumra) van cserélve. Emiatt megváltozik a kötési energia a vízmolekulában, maga után vonva - a vízéhez képest - egyes fizikai és kémiai tulajdonságainak megváltozását.
Története szerkesztés
1931-ben Harold Urey fedezte fel a hidrogén deutérium nevű izotópját, amelyet később sikerült a vízből koncentrálnia. Urey témavezetőjének, Gilbert Newton Lewisnek sikerült elsőnek izolálni a nehézvizet elektrolízis útján 1933-ban. Hevesy György és Hoffer 1934-ben nehézvizet használt az egyik legelső biológiai nyomjelző kísérletben, hogy megbecsülje az emberi testben a víz körforgási sebességét.
A nehézvíz fontossá vált a második világháborúban az atombomba gyártása miatt. 1942 és 1945 között Európában egyedül a Telemark tartománybeli Rjukan norvég településen a Vemork vállalat állított elő nehézvizet. A stratégiai fontosságú telephely először francia, majd német kézre került. Norvég ellenállók megtámadták az üzemet, de a németek újra beindították a termelést. A szövetségesek több alkalommal is bombázták a gyárat, végül a németek 50 hordó nehézvízzel elhagyták a helyszínt. A gyártott nehézvíz koncentrációja[* 1] 1 és 99% között ingadozott. Ezt a hordókon kétjegyű számokkal kódolva jelölték, így csak a beavatottak tudták, melyik hordóban mi a koncentráció. A komp 1944-ben az atombomba előállításához szükséges nehézvíz tizedével indult útnak, de szabotázs miatt rövidesen 434 m mélyre süllyedt, a Tinnsjøs fenekére. A részben megtöltött koncentrált nehézvizes hordók felbukkantak a felszínen. Ezeket a németek összegyűjtötték, és Haigerlochba szállították a kutatóreaktor számára.
Hatvan évvel később Brett Phaneuf régész engedélyt kapott a norvég kormánytól, hogy felhozzon egy, és csak egy hordót. Többet azért nem engedtek, mert a roncs háborús síremlék. A 26-os hordót könnyedén fel tudta nyitni, mivel a tömítőgyűrű sértetlen volt. A helyszíni és a Londonban végzett vizsgálatok szerint a hordót jól tömítették, és benne a nehézvíz koncentrációja 1,1 ±0,2%. A titkos lista szerint ez a hordó 1,64%-os töménységű nehézvizet tartalmazott.[1]
A BBC szerint Nagy-Britannia 1958-ban 20 tonna nehézvízzel támogatta Izrael nukleáris programját. A döntés a külügyminisztérium és az atomenergia-hivatal nélkül született meg. A nehézvizet az adatok szerint a Negev-sivatagban épült Dimona erőműben plutóniumtermelésre használták fel.
Fizikai tulajdonságai szerkesztés
A nehézvíz (D2O) fizikai tulajdonsága csak nagyon kismértékben térnek el a közönséges vízétől (H2O).[2][3][4][5]
| Tulajdonság | D2O (nehézvíz) | H2O (könnyűvíz) |
|---|---|---|
| Olvadáspont, °C | 3,82 | 0,0 |
| Forráspont, °C | 101,72 | 100,0 |
| Sűrűség (20 °C), g/ml | 1,1056 | 0,9982 |
| A legnagyobb sűrűség hőmérséklete, °C | 11,6 | 3,98 |
| Viszkozitás (20 °C), Pa·s | 0,00125 | 0,001005 |
| Felületi feszültség (25 °C), N/m | 0,07193 | 0,07197 |
| Törésmutató, nD | 1,32841 | 1,33251 |
| Olvadáshő, kJ/mol | 6,343 | 6,012 |
| Párolgáshő, kJ/mol | 44,024 | 45,485 |
| Képződéshő (gáz), kJ/mol | -249,20 | -241,83 |
| Kritikus nyomás, MPa | 21,941 | 22,129 |
| Kritikus hőmérséklet, °C | 370,74 | 374,22 |
| Kritikus moláris térfogat, cm³·mol-1 | 56,3 | 55,77 |
A nehézvíz sűrűsége körülbelül 10%-kal nagyobb, mint a normál vízé. A sók általában kevésbé oldódnak nehézvízben, mint közönséges vízben. A nehézvizes oldatok vezetőképessége általában kisebb, mint a közönséges vizes oldatoké.
Kémiai tulajdonságai szerkesztés
Ha közönséges vízzel keveredik, legnagyobb mennyiségen HDO-molekulák képződnek.[6] Nedvszívó tulajdonságú, magába szívja a levegő nedvességét, és ezért felhígul. Kémiai tulajdonságai nagyon hasonlítanak a közönséges vízéihez, csak alig van eltérés. Helyettesítheti a normál vizet vegyületek kristályvizében is.
Az oldó- és a reakciókészség csökkenésének oka a hidrogénatom nagyobb tömege. Emiatt ugyanis alacsonyabb a molekularezgések frekvenciája, és ezek nullponti energiája. Ezért a disszociáció több energiába telik, így a reakciók lelassulnak. Hasonlóan, a hidrogénkötések is nehezebben épülnek ki.
Élettani hatása szerkesztés
A legtöbb élőlény számára káros a nehézvíz. Egérkísérletekkel kimutatták, hogy lelassítja vagy megszünteti a sejtosztódást, így a gyorsan osztódó szöveteket károsítja először. Kisebb szervezetek el is pusztulhatnak miatta. Ezeket a hatásokat meg is tapasztalták, amikor az egerek vizének 50%-át nehézvízre cserélték. A nagy tisztaságú deuterált vizet az emberek édesnek érzik, amit édesség érzés egyik inhibitoraként ismert laktizollal elvégzett kísérletekkel igazoltak is.[7] Az agresszív rákbetegséget is fékezheti; a mellékhatások miatt azonban nem éri meg a terápiában használni.
Beépül az élő szervezeteket felépítő szerves vegyületekbe, és csak lassan ürül ki belőle. Emiatt nem-radioaktív nyomjelzésre is használható.
Hasonló vegyületek szerkesztés
Nehézvíznek nevezhetők tágabb értelemben az olyan vegyületek is, amelyben a víz hidrogénatomját vagy hidrogénatomjait trícium, a hidrogén harmadik, radioaktív izotópja helyettesíti. Ilyen molekulák például a T2O, a TDO, a THO. Léteznek olyan nehézvízhez hasonló vízmolekulák is, amiben az oxigént helyettesíti valamelyik nagyobb tömegszámú izotópja (17O, 18O). Ide tartozik például a H217O, H218O, D217O, HD17O.
Előfordulása a természetben szerkesztés
A természetes vizekben általában a hidrogén 1/5000 részét helyettesíti deutérium. A különböző helyekről származó vizekben ez az arány 1/3500 - 1/5500 között változhat.
Előállítása szerkesztés
Leggyakrabban a közönséges vízből állítják elő elektrolízissel. Az elektrolíziskor a katódon fejlődő hidrogén kevesebb deutériumot tartalmaz, mint maga a nehézvíz. Ezért a víz kis mértékben feldúsul nehézvízben. Többször ismételt elektrolízissel gyakorlatilag tiszta nehézvíz is előállítható. Előállítható a víz sokszor ismételt desztillációjával is. Energetikailag hatékony a vizet kén-hidrogén vagy ammóniák fölött desztillálni. Ehhez a vizet elektrolízisből vagy galvánüzemekből veszik, mivel azokban a természetesnél nagyobb a nehézvíz aránya.
Alkalmazása szerkesztés
- atomreaktorokban neutronmoderátorként
- neutrínódetektorként Sudbury Neutrínó Obszervatóriumban
- NMR spektroszkópiában oldószerként
- deutériumtartalmú vegyületek szintézisében
Egyes nehézvízben is életképes organizmusokkal bonyolult szerves vegyületek is előállíthatók, amikben minden hidrogénatom deutérium.
Megjegyzések szerkesztés
- ↑ Pontosabb kifejezéssel: tömegtörtje
Jegyzetek szerkesztés
- ↑ ZDF, 2005 július 24. Dokumentation Archiválva 2005. augusztus 6-i dátummal a Wayback Machine-ben (englischer Originaltext)
- ↑ Sengers, Straub, Watanabe, Hill: Assessment of critical parameter values for H2O and D2O. nist.gov, 2008. [2012. szeptember 20-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. február 19.)
- ↑ Hill, MacMillan: Saturation states of heavy water. nist.gov, 2008. [2011. október 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. február 19.)
- ↑ Kestin, Sengers, Kamgar-Parsi, Levelt Sengers: Thermophysical properties of fluid D2O. nist.gov, 2008. [2011. október 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. február 19.)
- ↑ Hill, MacMillan, Lee: A fundamental equation of state for heavy water. nist.gov, 2008. [2011. október 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. február 19.)
- ↑ IUPAC Gold Book - heavy water. goldbook.iupac.org, 2011. (Hozzáférés: 2012. február 19.) Az IUPAC azonosnak tekinti a kétféle nehézvizet
- ↑ „Sweet taste of heavy water”. DOI:https://doi.org/10.1101/2020.05.22.110205.
Fordítás szerkesztés
- Ez a szócikk részben vagy egészben a Schweres Wasser című német Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
