Nehézvíz

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Nehézvíz
Water molecule 3D.svg
Mindenfajta más izotóppal helyettesített vízmolekulának ilyen a szerkezete.
IUPAC-név Deutérium-oxid
Más nevek Nehézvíz
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
Dipólusmomentum 1,87 D
Veszélyek
MSDS Külső MSDS
Főbb veszélyek 3 nap vagy hosszabb idő alatt a sejtosztódás gátlása miatt halálos lehet
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
1
0
 
Rokon vegyületek
Rokon oldószerek aceton; metanol
Rokon vegyületek vízgőz; jég
Ha másként nem jelöljük, az adatok
az anyag standard állapotára vonatkoznak.
(25 °C, 100 kPa)

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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. 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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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 | forrásszöveg szerkesztése]

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.

Alkalmazásai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egyes nehézvízben is életképes organizmusokkal bonyolult szerves vegyületek is előállíthatók, amikben minden hidrogénatom deutérium.

Fordítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Schweres Wasser című német Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. ZDF, 2005 július 24. Dokumentation (englischer Originaltext)
  2. Sengers, Straub, Watanabe, Hill: Assessment of critical parameter values for H2O and D2O. nist.gov, 2008. (Hozzáférés: 2012. február 19.)
  3. Hill, MacMillan: Saturation states of heavy water. nist.gov, 2008. (Hozzáférés: 2012. február 19.)
  4. Kestin, Sengers, Kamgar-Parsi, Levelt Sengers: Thermophysical properties of fluid D2O. nist.gov, 2008. (Hozzáférés: 2012. február 19.)
  5. Hill, MacMillan, Lee: A fundamental equation of state for heavy water. nist.gov, 2008. (Hozzáférés: 2012. február 19.)
  6. IUPAC Gold Book - heavy water. goldbook.iupac.org, 2011. (Hozzáférés: 2012. február 19.) Az IUPAC azonosnak tekinti a kétféle nehézvizet