Apă grea

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Salt la: Navigare, căutare
Nu confundați cu apă dură sau apă super-grea.
Structură
Water molecule 3D.svg
Date generale
Nume Monoxid de deuteriu
Alte denumiri Oxid de deuteriu / Apă grea
Formula chimică D2O
Număr CAS 7789-20-0
Aspect lichid transparent, fără culoare
(similar cu cel al apei "ușoare")
Proprietăți
Stare de agregare lichidă
Masa molară 20,0276±0,0003 g/mol[1]
Moment dipolar 1,84 D[2]
Densitate 1104,48 kg/m3, lichid (25 °C )[2]
1017,7 kg/m3, solid
Punct de topire 3,81 °C (276,96 K)[2]
Punct de fierbere 101,4 °C[2]
Presiune vapori 2,740 kPa (25 °C )[2]
Punct critic 370,74 °C
21,941 MPa
56,3×10-6 m3/mol[2]

Apa grea este apă care conține în proporție mult mai mare decât cea normală izotopul deuteriu al hidrogenului sub forma D2O (²H2O), sau HDO (¹H²HO).[3] Proporția normală dintre deuteriu și hidrogen în apa standard VSMOW este de c. 156 ppm. Varietatea HDO mai este cunoscută și drept apă semigrea.

Din punct de vedere al proprietăților macroscopice și chimice apa grea se comportă similar cu apa normală, sau "ușoară", însă atomii de hidrogen constituenți conțin un neutron în plus în nucleu, deoarece deuteriul, sau hidrogenul greu, este un izotop al hidrogenului. Ca urmare, densitatea ei este cu c. 11 % mai mare. Apa grea pură nu este radioactivă.

Există diferite metode pentru a separa apa grea. De disocierea sa electrolitică s-a ocupat inclusiv academicianul Emilian Bratu.

Utilizare[modificare | modificare sursă]

Apa grea este utilizată în special ca moderator de neutroni în anumite tipuri de reactoare nucleare printre care și cele de tip CANDU folosite la Cernavodă. În domeniul științific, o altă utilizare este în detectoarele de neutroni.

Producție[modificare | modificare sursă]

Apa grea este un compus chimic similar cu apa obișnuită, în care atomii de hidrogen sunt înlocuiți de deuteriu, un izotop al hidrogenului care conține un proton și un neutron. În natură apă grea este amestecată cu apă obișnuită în proporție de 1 la 5000. Apa grea pură se obține din apa naturală prin tehnologii de schimb izotopic, distilare sau electroliză.

Schimbul izotopic hidrogen sulfurat-apă[modificare | modificare sursă]

Într-un amestec de hidrogen sulfurat–apă la echilibrul chimic, concentrația deuteriului în apă este mai mare decât în hidrogenul sulfurat. Diferența de concentrație depinde de temperatură. În practică, apă și hidrogenul sulfurat circulă în contracurent, între zone cu temperaturi diferite. În zona rece deuteriul trece din hidrogenul sulfurat (gaz) în apă. Gazul sărăcit în deuteriu este recirculat în zona caldă unde deuteriul trece din apă în hidrogenul sulfurat. Prin repetarea procesului de foarte multe ori concentrația deuteriului poate crește până la 20-30%.

Distilarea fracționată[modificare | modificare sursă]

Deoarece moleculele de apă obișnuită se evaporă mai repede decât cele de apă grea, prin fierbere apa grea se concentrează în lichid. Prin repetarea succesivă a procesului se poate obține concentrația dorită.

Electroliză[modificare | modificare sursă]

Apa obișnuită disociază mai ușor la trecerea curentului electric decât apă grea. În acest mod se poate obține apă grea de concentrația dorită. La uzinele de producere a apei grele se utilizează combinații ale acestor tehnologii. Deși tehnologiile de producere a apei grele sunt foarte asemănătoare cu cele utilizate la producerea amoniacului sau alcoolului, din cauza randamentelor foarte scăzute realizate în procesele respective, puține țări din lume au construit asemenea instalații din cauza costurilor de investiție și operare foarte mari.[4]

Țările producătoare de apă grea sunt de obicei țări care dețin reactoare nucleare care folosesc apă grea, printre care Argentina, Canada, India, România și China.

Tabel comparativ al proprietăților fizice între apa grea și apa ușoară[modificare | modificare sursă]

Proprietăți D2O (Apă grea) H2O (Apă ușoară)
Punct de topire (solidificare) (°C) 3.82 0.0
Punct de fierbere (°C) 101.72 100.0
Densitate (la 20°C, g/ml) 1.1056 0.9982
Temperatura maximei densități (°C) 11.6 4.0
Viscozitate (la 20°C, centipoise) 1.25 1.005
Tensiune superficială (la 25°C, dyn·cm) 71.93 71.97
Căldură de solidificare (cal/mol) 1.515 1.436
Căldură de vaporizare (cal/mol) 10.864 10.515

Note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ După Michael E. Wieser, Michael Berglund, Atomic weights of the elements 2007, Pure Appl. Chem., Vol. 81, No. 11, pp. 2131-2156, 2009, doi: 10.1351/PAC-REP-09-08-03
  2. ^ a b c d e f en Yitzhak Marcus, The Properties of Solvents, vol. 4, John Wiley & Sons Ltd., 1998, ISBN 0-471-98369-1
  3. ^ en IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, Ed. a 2-a („Gold Book”) (1997). Versiune online:  (2006-) „heavy water”.
  4. ^ C. Firoiu Tehnologia proceselor electrochimice EDP București 1983

Bibliografie[modificare | modificare sursă]

  • I.G. Murgulescu Introducere în chimia fizică, vol.I,1 Atomi.Molecule.Legătura chimică, Editura Academiei RSR, București, 1976
  • A. Leca, I. Prisecaru, Proprietăți termodinamice și termofizice, vol I, 1994