آب سنگین

  

آب سنگین نوع خاصی از مولکولهای آب است که در آن ایزوتوپهای هیدروژن حضور دارند. این نوع از آب کلید اصلی تهیه پلوتونیوم از اورانیوم طبیعی است و به همین دلیل تولید و تجارت آن تحت نظر قوانین بین المللی صورت گرفته و بشدت کنترل می شود. با کمک این نوع از آب می توان پلوتونیوم لازم بری سلاح های اتمی را بدون نیاز به غنی سازی بالای اورانیوم تهیه کرد. از کاربردهای دیگر این آب می توان به استفاده از آن در رآکتورهای هسته ی با سوخت اورانیوم، بعنوان متعادل کننده (Moderator) به جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمای رآکتور نام برد. آب سنگین واژه ی است که معمولا به اکسید هیدروژن سنگین، D2O یا 2H2O اطلاق می شود. هیدروژن سنگین یا دوتریوم (Deuterium) ایزوتوپی پیدار از هیدروژن است که به نسبت یک به 6400 از اتمهای هیدروژن در طبیعت وجود دارد. خواص فیزیکی و شیمیایی آن به نوعی مشابه با آب سبک H2O است. اتم های دوتریوم ایزوتوپ های سنگینی هستند که بر خلاف هیدروژن معمولی، هسته آنها شامل نوترون نیز هست. جایگزینی هیدروژن با دوتریوم در مولکولهای آب سطح انرژی پیوند های مولکولی را تغییر داده و طبیعتآ خواص متفاوت فیزیکی، شیمییای و بیولوژیکی را موجب می شود، بطوری که این خواص را در کمتر اکسید یزوتوپی می توان مشاهده کرد. بعنوان مثال ویسکوزیته (Viscosity) یا به زبان ساده تر چسبندگی آب سنگین به مراتب بیشتر از آب معمولی است. آب نیمه سنگین چنانچه در اکسید هیدروژن تنها یکی از اتمهای هیدروژن به یزوتوپ دوتریوم تبدیل شود نتیجه حاصله (HDO) را آب نیمه سنگین می گویند. در مواردی که ترکیب مساوی از هیدروژن و دوتریوم در تشکیل مولکوهی آب حضور داشته باشند، آب نیمه سنگین تهیه می شود. دلیل این امر تبدیل سریع اتم های هیدروژن و دوتریوم بین مولکولهای آب است، مولکول آبی که از 50 درصد هیدروژن معمولی (H) و 50 درصد هیدروژن سنگین(D) تشکیل شده است، در موازنه شیمیایی در حدود 50 درصد HDO و 25 درصد آب (H2O) و 25 درصد D2O خواهد داشت. نکته قابل توجه آن است که آب سنگین را نباید با آب سخت که اغلب شامل املاح زیاد است و یا یا آب تریتیوم (T2O or 3H2O) که از ایزوتوپ دیگر هیدروژن تشکیل شده است، اشتباه گرفت. تریتیوم ایزوتوپ دیگری از هیدروژن است که خاصیت رادیواکتیو دارد و بیشتر برای ساخت موادی که از خود نور منتشر می کنند بکار برده می شود. آب با اکسیژن سنگین آب با اکسیژن سنگین، در حالت معمول H218O است که به صورت تجارتی در دسترس است ببیشتر برای ردیابی بکار برده می شود. بعنوان مثال با جیگزین کردن این آب (از طریق نوشیدن یا تزریق) در یکی از عضوهای بدن می توان در طول زمان میزان تغییر در مقدار آب این عضو را بررسی کرد. این نوع از آب به ندرت حاوی دوتریوم است و به همین علت خواص شیمیی و بیولوژیکی خاصی ندارد برای همین به آن آب سنگین گفته نمی شود. ممکن است اکسیژن در آنها بصورت ایزوتوپهای O17 نیز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فیزیکی این آب با آب معمولی تنها چگالی بیشتر آن است. تاریخچه هارولد یوری (Harold Urey , 1893-1981، شیمیدان و از پیشتازان فعالیت روی ایزوتوپها که در سال 1934 جایزه نوبل در شیمی گرفت.) در سال 1931 ایزوتوپ هیدروژن سنگین را که بعد ها به منظور افزیش غلظت آب مورد استفاده قرار گرفت، کشف کرد. همچنین در سال 1933، گیلبرت نیوتن لوئیس (Gilbert Newton Lewis شیمیدان و فیزیکدان مشهور آمریکیی) استاد هارولد یوری توانست بری اولین بار نمونه آب سنگین خالص را بوسیله عمل الکترولیز بوجود آورد. اولین کاربرد علمی از آب سنگین در سال در سال 1934 توسط دو بیولوژیست بنامهی هوسی (Hevesy) و هافر(Hoffer) صورت گرفت. آنها از آب سنگین بری آزمایش ردیابی بیولوژیکی، به منظور تخمین میزان بازدهی آب در بدن انسان، استفاده قرار دادند.

منبع :  http://www.daneshema.com/module-pagesetter-viewpub-tid-1-pid-2055.html