重水
(由氘和氧組成的化合物)
重水(Deuterium oxide)是由氘和氧組成的化合物。
分子式D2O,相對分子質量20.0275,比水(H2O)的相對分子質量18.0153高出約11%,因此叫做重水。
在天然水中,重水的含量約占0.02%。由于氘與氫的性質差別極小,因此重水和普通水也很相似。
重水的離子積常數爲1.6*10-15。
普通的水(H2O)是由兩個只有質子的氫原子和一個氧16原子所組成,
但在重水分子內的兩個氫同位素,比一般氫原子又各多一個中子,
因此造成重水分子的質量比一般水要重。在自然界中,重水的含量很少。
特性
重水在外觀上和普通水相似,只是密度略大,爲1.1079克/立方厘米,冰點略高,爲3.82℃,沸點爲101.42℃。
參與化學反應的速率比普通水緩慢、重水的一個分子是由兩個重氫原子和一個氧原子組成,
其分子式爲D2O,相對分子質量是20。
重水與普通水看起來十分相像,是無臭無味的液體,它們的化學性質也一樣,不過某些物理性質却不相同。
普通水的密度爲1克/厘米,而重水的密度爲1.056克/厘米;
普通水的沸點爲100℃,重水的沸點爲101.42℃;普通水的冰點爲0℃,重水的冰點爲
3.8℃。
此外,普通水能够滋養生命,培育萬物,而重水則不能使種子發芽。
人和動物若是喝了重水,還會引起死亡。不過,重水的特殊價值體現于原子能技術應用中。
製造威力巨大的核武器,就需要重水來作爲原子核裂變反應中的减速劑,作中子的减速劑,
也可作爲制重氫的材料,普通水中含量約爲0.02%(質量分數)。
重水製成的冰會沉入水中。
重水主要用于核反應堆中作减速劑,它可以减小中子的速率,使之符合發生裂變過程的需要。
重水也是研究化學和生理變化中使用過的材料。
濃而純的重水不能維持動植物的生命,其致死濃度爲60%∼80%。
重水和普通水一樣,也是由氫和氧化合而成的液體化合物,
不過,重水分子和普通水分子的氫原子有所不同。
我們知道,氫有3種同位素。
一種是氕,它只含有一個質子。它和一個氧原子化合可以生成普通的水分子。
另一種是重氫——氘。它含有一個質子和一個中子。
它和一個氧原子化合後可以生成重水分子。
還有一種是超重氫——氚。它含有兩個中子和一個質子。
重水外觀上和普通水相似,是無色、無嗅無味的液體.密度比普通水大,熔點、沸點比普通水高.
由于重水分子量大,運動速度慢,所以在高山上的冰雪中,特別是在南極的冰雪中重水含量微乎其微,
水(氧化氫)的密度最小,是地球上最輕的水。
重水在自然界中分布較少,在普通水中約含重水0.015%。
由于含量少,製備難,所以它的售價較高(約16元/毫升)。
重水雖然在尖端技術上是寶貴的資源,但對人却是有害的.
人是不能飲用重水的,微生物、魚類在純重水或含重水較多(超過80%)的水中,
只要數小時就會死亡.相反,含重水特別少的輕水,如雪水,却能刺激生物生長。
主要作用
重水的主要用途是在核反應堆中做“减速劑”,减小中子速度,控制核裂變過程,也是冷却劑。
重水和氘在研究化學和生理變化中是一種寶貴的示踪材料,
例如,用稀重水灌溉樹木,可以測知水在這些植物中每小時可運行十幾米到幾十米。
測定飲過大量稀重水的人尿中的氘含量,知道水分子在人體中停留時間平均爲14天。
用氘代替普通氫,可以研究動植物消化和新陳代謝過程。
濃的或純重水不能維持動植物生命,重水對一般動植物的致死濃度爲60%。
重水的特殊價值體現于原子能技術應用中,
要製造威力巨大的核武器,就需要重水作爲原子核裂變反應中的减速劑。
使用核磁共振分析時倘若溶劑是水,而研究的對象是氫,可以使用重水作溶劑。
中子减速劑:某些核子反應堆使用重水來减慢中子的速度,讓它們有機會與鈾反應。
提煉方法
地球上的水約有3,200分之一是半重水(HDO)。半重水可以透過電解及蒸餾,
健康問題
重水雖然在尖端技術上是寶貴的資源,但對人却是有害的.人是不能飲用重水的,
微生物、魚類在純重水或含重水較多(超過80%)的水中,只要數小時就會死亡.
相反,含重水特別少的輕水,如雪水,却能刺激生物生長。
一般相信重水幷不屬有毒物質,但是人體內的某些代謝需要輕水,所以如果只喝重水會生病。
因爲重水中的D比H多一個中子,D重量是H的兩倍,導致其化學性質發生一定的改變以及物理性質的大幅改變。
D的各種鍵比H强,而且更重的D的轉移速率會比H慢很多,
導致關于D的化學反應會發生减速,干擾生物體正常代謝。
以老鼠做的實驗發現重水能抑制細胞的有絲分裂,引起需要迅速代謝的身體組織變壞。
實驗中的老鼠連續數天只喝重水後,體內約一半的體液變成重水;
這時症狀開始出現,需要快速細胞分裂的組織,如發根及胃膜最先出現毛病。
本來快速增長的癌細胞生長速度亦出現减慢,
不過减慢的程度幷不足以令重水作爲可行的治療方法。
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