Ciężka woda
Z Wikipedii
| Parametr | D2O | H2O |
|---|---|---|
| krzepnięcie (°C) | 3,82 | 0,0 |
| wrzenie (°C) | 101,42 | 100,00 |
| gęstość (w 20°C, g/cm³) | 1,1056 | 0,9982 |
| temp. maksymalnej gęstości (°C) |
11,6 | 4,0 |
| lepkość (w 20°C, cp) | 1,25 | 1,005 |
| napięcie powierzchniowe (w 25°C, dyn·cm) |
71,93 | 71,97 |
| ciepło topnienia (kcal/mol) | 1,515 | 1,436 |
| ciepło parowania (kcal/mol) | 10,864 | 10,515 |
| pH (w 25°C) | 7,41 | 7,00 |
Ciężka woda (D2O) - woda, w której większość cząsteczek to tlenek deuteru, czyli izotopu wodoru 2 (deuteru) a nie wodoru 1.
W "normalnej" wodzie występuje naturalnie ok. 115 ppm wody "ciężkiej" czyli tlenku deuteru. Harold Clayton Urey (USA), opublikował w 1931 technikę umożliwiającą oddzielenie tlenku deuteru od tlenku "zwykłego" wodoru, polegającą na wieloetapowym odwirowywaniu wody.
Cząsteczki ciężkiej wody mają masę cząsteczkową większą o 2g/mol od "zwykłej wody", co powoduje nieco większą gęstość ciężkiej wody w stosunku do wody "zwykłej". Dzięki temu można oddzielać wodę ciężką od "zwykłej" przez wirowanie. Współcześnie ciężką wodę uzyskuje się głównie za pomocą rozdziału tlenku deuteru od tlenku wodoru na kolumnach sorpcyjnych, wykorzystujących różnice w trwałości wiązań wodorowych tworzonych przez tlenek wodoru i tlenek deuteru z wypełnieniem tych kolumn.
Własności chemiczne wody ciężkiej są niemal tak same jak zwykłej wody, za wyjątkiem jej zdolności do tworzenia wiązań wodorowych i polaryzacji wiązań tlen-wodór(deuter), co skutkuje m.in. nieco wyższym pH. Woda ciężka znacząco różni się natomiast od zwykłej wody pod względem fizycznym. Ma o kilka stopni wyższą temperaturę wszystkich przemian fazowych, większą gęstość, inny moment dipolowy, inne przewodnictwo i pojemnosć cieplną.
Ciężka woda stosowana współcześnie w przemyśle zawiera zwykle od 95 do 99% tlenku deuteru w stosunku do tlenku wodoru. Jest ona stosowana jako moderator w reaktorach atomowych, gdyż ma ona zdolność do spowalniania neutronów prędkich. Zwykła woda też ma taką zdolność, ale zwykła woda pochłania wszystkie neutrony, niezależnie od ich prędkości. Oprócz tego woda deuterowana jest stosowana w chemii, jako jeden z rozpuszczalników stosowanych w analitycznej technice NMR oraz tanie źródło deuteru, przy badaniu mechanizmów reakcji, poprzez znakowanie izotopowe i obserwację tzw. efektu izotopowego.
Ze względu na przydatność deuteru w programach produkcji broni atomowej w niektórych krajach (np. Australii) obrót deuterem podlega prawnej kontroli.
[edytuj] Wpływ wody ciężkiej na żywe organizmy
Z fizykochemicznego punktu widzenia woda ciężka niewiele różni się od wody "zwykłej". Te niewielkie różnice są jednak istotne dla żywych organizmów. W biopolimerach takich jak białka czy kwasy nukleinowe, deuterowanie (czyli wymiana izotopowa wodoru na deuter) powoduje nieznaczny spadek energii wiązań wodorowych. Jest to znany w przyrodzie efekt Ubbelohde'a.
Różnica w aktywności wodoru i deuteru w żywych organizmach ma swoje źródło w efektach dynamicznych oddziaływań kooperatywnych, które prowadzą do występowania efektów samoorganizacji izotopowej w układach wiązań wodorowych. Samoorganizacja H/D prowadzi do tego, że deuter niechętnie „wchodzi” np. do DNA organizmów żywych.
W czasie umieszczenia żywej komórki w środowisku ciężkiej wody, aparat mitotyczny, a dokładniej wrzeciono eukariotyczne, które zbudowane jest z DNA, tworzą się wiązania typu D-D o mniejszej sile niż H-H, stąd dochodzi do rozrywania tych wiązań i zmniejszenia efektywności replikacji DNA.[1]
Efekty te powodują, że w ciężkiej wodzie zamiera wszelkie życie. Nie rozwiją się w niej bakterie ani żadne inne drobnoustroje. Powoduje to też, że ciężka woda jest słabo toksyczna.
