آب سنگين

آب خالص ماد ه ای است بی رنگ، بی بو و بدون طعم. فرمول شیمیایی آب H2O است، یعنی هر مولکول آب از اتصال دو اتم هیدروژن به یک H2O اتم اکسیژن ساخته شده است. نکته ای که باید در نظر داشت آن است که عنصر هیدروژن همانند بسیاری دیگر از عنصرهای طبیعت ایزوتوپ هایی دارد که عبارتند از تریتیم نمایش می دهند. برای آشنا شدن با تفاوت این ایزوتوپ ها بهتر T 3 که با H دوتریم و D 2 که با H است یک بار دیگر ساختار اتم را به یادآوریم.  اتم کوچکترین بخش سازنده یک عنصر شیمیایی است که هنوز هم خواص شیمیایی آن عنصر را دارد. خود اتم ها از سه جزء ساخته شده اند: الکترون، پروتون و نوترون. پروتون و نوترون در درون هسته اتم قرار دارد و الکترون به دور هسته اتم م یگردد. الکترون بار منفی و جرم بسیار کمی دارد. پروتون بار مثبت و نوترون بدون بار است. جرم پروتون و نوترون برابر و حدود 1870 بار سنگین تر از الکترون است، بنابر این بخش عمده جرم یک اتم درون هسته آن قرار دارد. ایزوتوپ: ایزوتوپ به صور تهای گوناگون یک عنصر گفته می شود که جرم آنها با هم تفاوتداشته باشد. تفاوت ایزوتوپ های مختلف یک عنصر از آنجا ناشی می شود که تعداد نوترون های موجود در هسته آنها با هم تفاوت دارد.  : البته تعداد پروتون های تمام ات مهای یک عنصر از جمله ایزوتوپ ها با هم برابر است. برای مثال عنصر هیدروژن دارای سه ایزوتوپ است  یا H دوتریم که در هسته خود یک پروتون و یک نوترون دارد و D یا H . هیدروژن که در هسته خود فقط یک پروتون دارد، بدون نوترون تریتیم که یک پروتون و دو نوترون دارد. از آنجایی که خواص شیمیایی یک عنصر به تعداد پروتو نهای هسته مربوط است، ایزوتو پهای H یا هیدروژن H مختلف در خواص شیمیایی با هم تفاوت ندارند، بلکه خواص فیزیکی آنها با هم متفاوت است. عمده هیدروژن های طبیعت معمولی است و فقط 0150 درصد آن را دوتریم تشکیل می دهد، یعنی از هر 6400 اتم هیدروژن، یکی دوتریم است. حال در نظر بگیرید که به به وجود می آید که به آن آب نیمه سنگین HDO بنشیند. آن وقت مولکول D اتم H2O جای یک اتم هیدروژن معمولی در مولکول آب به وجود می آید که به آن آب سنگین می گویند. خواص فیزیکی آب سنگین D2O ، می گویند. اگر جای هر دو اتم هیدروژن، دوتریم بنشیند در آب سنگین، انرژی پیوندی پیون دهای اکسیژن H به جای D تا حدودی با آب سبک یا آب معمولی تفاوت دارد. با توجه به جانشینی هیدروژن در آب تغییر می کند و در نتیجه خواص فیزیکی و به ویژه خواص زیست شناختی آب عوض می یشود. تاریخچه تولید آب سنگین وجود دو تریم را پیش بینی کرد. هارولد یوری یکی از شیمیدانان دانشگاه کلمبیا « مارپیچ » والتر راسل در سال 1926 با استفاده از جدول تناوبی در سال 1931 توانست آن را کشف کند. گیلبرت نیوتن لوئیس هم در سال 1933 توانست اولین نمونه از آب سنگین خالص را با استفاده از روش الکترولیز تهیه کند. هوسی و هافر نیز در سال 1934 از آب سنگین استفاده کردند و با انجام اولین آزمون های ردیابی زیست شناختی به بررسی سرعت گردش آب در بدن انسان پرداختند. است. آب نیمه سنگین را می توان با استفاده از روش هایی HDO تولید آب سنگین: در طبیعت از هر 3200 مولکول آب یکی آب نیمه سنگین در آب زیاد شد، میزان آب سنگین نیز HDO مانند تقطیر یا الکترولیز یا دیگر فرآیندهای شیمیایی از آب معمولی تهیه کرد. هنگامی که مقدار یک مولکول HDO بیشتر می شود زیرا مولکول های آب هیدروژن های خود را با یکدیگر عوض می کنند و احتمال دارد که از دو مولکول آب سنگین به وجود آید. برای تولید آب سنگین خالص با استفاده از روش های تقطیر یا الکترولیز به D2O آب معمولی و یک مولکول H2O دستگاه های پیچیده تقطیر و الکترولیز و همچنین مقدار زیادی انرژی نیاز است، به همین دلیل بیشتر از روش های شیمیایی برای تهیه آب سنگین استفاده می کنند.

 کاربرد های آب سنگین