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eau lourde
formule développée
nom UICPA
monoxyde dideuterio
noms alternatifs
eau lourde
l'oxyde de deuterium
deutéroxyde
l'eau deutérée
Caractéristiques principales
Formule moléculaire ou moléculaire 2OU
masse moléculaire (u) 20,0267
apparence liquide incolore
CAS 7789-20-0
Einecs 232-148-9
PubChem 24602
SOURIRES OU
propriétés physico-chimiques
densité (G / cm3, en C.S.) 1.11
Point de fusion 3,82 ° C (276,97 K)
point d'ébullition 101,4 ° C (374,55 K)
point triple 276,97 K (3,82 ° C)
659,3 Pa
point critique 643,85 K (370,7 ° C)
2,1671 × 107 Pennsylvanie
pression de vapeur (Pennsylvanie) Pour 293,15 K 2186,48
Consignes de sécurité
phrases H ---
Conseils P --- [1]

L 'eau lourde il est eau contenant une proportion importante de deutérium, isotope dell 'hydrogène, à la fois comme l'oxyde de deuterium, ré2O ou 2H2O, ou en tant que l'oxyde de deuterium et granduncle, HDO ou 1H2HO.[2] Physiquement et chimiquement, il est similaire à 'eau, H2O; dans de l'eau, le rapport du deutérium de l'hydrogène est d'environ 156 ppm.

L'eau lourde est l'eau qui est fortement enrichie en deuterium, jusqu'à 100% en D2O. La substitution isotopique avec alters deuteriuménergie de liaison la liaison hydrogène-oxygène l'eau, modifier les propriétés physiques, chimiques et biologiques en particulier. L'eau lourde est pas pur radioactif et il est environ 11% plus dense que l'eau.

histoire

L'eau lourde a été isolé pour la première fois dans l'eau normale 1933 de Gilbert Lewis moyens électrolyse.[3][4][5] George de Hevesy Hoffer et l'a utilisé en 1934 l'eau lourde dans l'une des premières expériences comme traceur biologique pour estimer la vitesse de l'échange d'eau dans le corps humain.

Avec la découverte de la fission nucléaire à la fin de 1938, et la nécessité d'une modérateur de neutrons qui a capturé quelques neutrons, l'eau lourde est devenue un élément important des premiers programmes puissance nucléaire au cours de la Guerre mondiale (1939-1945). la l'Allemagne nazie (1933-1945) n'a pas réussi à construire un fonctionnement du réacteur nucléaire pendant la guerre aussi en raison de la disponibilité limitée de l'eau lourde, qui a également été fait exploser au cours Raid de Telemark, dans lequel quatre parachutistes britannique Ils ont fait sauter le bateau avec lequel il a été transporté.[6] Depuis, l'eau lourde est un élément essentiel dans la conception de certains réacteurs nucléaires, aussi bien pour production d'énergie électrique et pour la production d'isotopes nucléaires, tels que plutonium-239. La plupart des réacteurs nucléaires modernes fonctionnant avec uranium enrichi faire usage de « l'eau légère » normale (H2O) pour la modération des neutrons.

Comparaison de l'eau lourde et légère[7]« > Modifier | changer wikitext]

propriété 2O (eau lourde) H2O (eau légère)
Point de fusion (° C) 3,82 0,0
point d'ébullition (° C) 101,4 100,0
densité (20 ° C, g/mL) 1,1056 0,9982
température de la densité maximale (° C) 11,6 4.0
point triple (° C, Pennsylvanie) 3,82 à 659,3 0,01 à 611,73
point critique (° C, kPa) 370,7 à 21671 374,0 à 22064
pression de vapeur (20 ° C, Pa) 2186,48 2338,54
indice de réfraction (20 ° C) 1328 1333
viscosité (20 ° C, mPa·s) 1,25 1.005
la tension de surface (25 ° C, mj) 7193 7197
Enthalpie de fusion (cal/masse) 1.515 1436
Enthalpie de vaporisation (Cal / mole) 10,864 10,515
pH (25 ° C) 7,41 (également appelé « pD ») 7.00

production

eau lourde
Un échantillon d'eau lourde contenue dans une ampoule

L'eau lourde, D2O, il se trouve naturellement mixte normale avec de l'eau en une quantité d'environ 156 parties environ 1 million de molécules d'eau ordinaires.[8] Notez que, compte tenu de la différence de densité eau lourde a tendance à se concentrer sur le fond marin de océans.

Vous êtes généralement obtenu en le séparant distillation de l'eau déminéralisée; compte tenu de la petite différence la température d'ébullition légère par rapport à l'eau, le processus est assez long et nécessite des colonnes de distillation très élevée (avec de nombreux plats « équivalents ») et ratio élevé de reflux. Une autre méthode très courante, et particulièrement pratique lorsque vous avez énergie électrique plus de contenu, utilise les coûts d'électrolyse de l'eau légère.[9] D'autres méthodes utilisent divers procédés d'échange chimiques, tels que le Procédé de sulfure Girdler mis au point par les États-Unis au cours de la 1940 et par la suite appliqué à l'échelle industrielle.

applications

neutrons Modérateur

Cette substance joue un rôle important dans la technologie nucléaire fission, en particulier dans réacteurs RELP (Chaîne très répandue CANDU), Puisque même si elle a une seule capacité de modération (c.-à ralentir et faire des neutrons rapides « thermiques » émis au moment de la fission), moins que tout 'eau légère (Eau normale que nous buvons ou sur lequel nous naviguons) capture moins de neutrons que celui-ci, étant donné que deuterium est un mauvais absorbeur de neutrons que l'hydrogène. Les neutrons thermiques « » sont appelés ainsi parce que leur énergie cinétique est comparable à l'agitation thermique relative des noyaux dans une température du matériau. L'ajustement de leur énergie à ce niveau, par la moitié de ladite modérateur, Il augmente la probabilité qu'un neutron est capturé par une détermination du noyau de fission, cette substance modératrice pour cette raison, il est présent dans réacteurs nucléaires thermique. Dans d'autres types de réacteurs nucléaires au lieu de l'eau lourde est utilisée graphite ou de l'eau légère à modérée de la vitesse des neutrons. Il y a aussi des réacteurs (aujourd'hui abandonnés, comme les Français Superphénix à Grenoble) En utilisant des neutrons rapides, et sont donc moins d'eau lourde et d'autres moyens de modération.

Le moindre de la vitesse des neutrons est nécessaire pour augmenter la soi-disant section choc du noyau cible, qui représente la probabilité qu'un neutron heurte un noyau d'uranium et peuvent donc donner lieu à la fission de la même. Pour mieux comprendre ce concept, vous pouvez essayer d'utiliser l'analogie des balles tirées d'une mitrailleuse montée sur un plan d'hélice plus sont des balles rapides et plus la chance que l'hélice entrant en collision; tandis que si elles sont des lentilles, dans le temps transitant l'hélice peut frapper cette trajectoire (déclenchement d'une bosse / fission).

Résonance magnétique nucléaire

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Résonance magnétique nucléaire.

L'oxyde de deuterium est utilisé dans le RMN lorsque le solvant concerné est le 'eau et nucléide concerné est le 'hydrogène (1H-RMN). En effet, le signal dell 'l'eau claire pourrait interférer avec le signal de la molécule en cours d'examen. la deutérium a, en fait, un moment magnétique autre qu'un atome d'hydrogène et ne contribue pas au signal global IRM un fréquence de résonance un atome d'hydrogène.

chimie organique

L'oxyde de deuterium est souvent utilisé comme une source de deutérium pour la préparation de isotopes spécifiquement « marqué » (étiquetés) Dans des positions qui en composés organiques Ils sont occupés par certains un atome d'hydrogène. Par exemple, liens C-H adjacente à groupe cétone peuvent être remplacés par des liaisons C-D, en utilisant la catalyse un acide ou basique. L'iodure de triméthylsulfoxonium, consistant en diméthylsulfoxyde et l'iodure de méthyle il peut être recristallisée l'oxyde de deuterium, puis dissocié pour régénérer l'iodure de méthyle et diméthylsulfoxyde, à la fois marquée par deuterium. Dans les cas où le spécifique « double marquage » (double marquage est obligatoire) avec deuterium tritium, l'enquêteur doit savoir que l'oxyde de deuterium, en fonction de l'âge et l'origine, peut contenir de faibles quantités de tritium (radioactif, avec demi-vie 12 ans).

Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier.

L'oxyde de deuterium est souvent utilisé à la place de l'eau dans la collection de spectres FTIR de protéine en solution. Le groupe dérivé de la D2O est déplacé de la région d'amide I.

Détecteur de Neutrino

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: neutrino.

la Observatoire de neutrinos de Sudbury (SNO), dans la ville de Sudbury, en Ontario, utilise des milliers de tonnes d'eau lourde société canadien EACL. le détecteur neutrino Il est situé dans une mine à une profondeur de plus de deux kilomètres, afin de permettre la roche de filtrer muons produit par rayons cosmiques. Le SNO a été construit pour voir si le neutrinos électroniques (Le seul type de neutrinos qui, selon la théorie, il devrait être produit directement à partir de la fusion thermonucléaire la soleil) Mai, au cours de leur chemin vers la terre, muter dans d'autres types de neutrinos. Le SNO révèle rayonnement Cerenkov l'eau obtenue à partir d'électrons de haute énergie produits par les neutrinos électroniques lorsqu'ils sont soumis à des réactions avec des neutrons dans le deutérium, en les convertissant en protons et des électrons (les électrons ne se déplacent que de cette manière assez rapide pour détecter). Le SNO détecte également le même rayonnement résultant d'événements dispersion neutron / électronique, qui produit à nouveau des électrons à haute énergie. Ces deux réactions ne sont produites que par les neutrinos électroniques. L'utilisation de deuterium est cruciale pour la fonction des RCE, pour les trois types de neutrinos[10] peut être détectée dans un troisième type de réaction, la désintégration du neutrino, dans ce qui donne la dispersion avec un noyau de deutérium un neutrino d'un type quelconque (électronique, muonique ou tau) (deuteron), Le transfert de l'énergie suffisante pour rompre le deutéron faiblement liée en un neutron et un proton libre. Cet événement est détecté lorsque le neutron libre est absorbée par ion 35Cl- présenter le chlorure de sodium délibérément dissous dans le lourd, ce qui provoque l'émission de caractéristique les rayons gamma Capture. Ainsi, dans cette expérience, l'eau lourde fournit non seulement les moyens nécessaires pour produire la transparence et de rendre le rayonnement Cerenkov évident, mais fournit également deuterium pour révéler le neutrino exotique μ et τ, ainsi qu'un moyen de modérateur non absorbants pour éviter neutrons libres doivent être respectées dans cette réaction, jusqu'à ce qu'ils puissent être absorbés par un isotope facilement détecté activé.

Testez le taux métabolique en physiologie / biologie

L'eau lourde est utilisée comme partie d'un mélange avec H218Ou pour un test commun et fixer le taux métabolique moyen chez les humains et les animaux qui effectuent leurs activités normales. Ce test métabolique est habituellement appelé « test de l'eau doublement marquée ».[11]

Production de tritium

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: tritium.

la tritium est la substance active utilisée dans le tritium d'éclairage et la fusion nucléaire contrôlé, ses autres utilisations comprennent autoradiographie et l'utilisation comme traceur radioactif. Il est également utilisé pour la production de armes nucléaires intensifiée et initiateurs à neutrons. Une certaine quantité de tritium est créé en réacteurs à eau lourde lorsque le deuterium capture un neutron. Cette réaction a une petite section choc (La zone imaginaire de capture de neutrons autour du noyau) et ne produit que de faibles quantités de tritium, bien que suffisant pour justifier le nettoyage périodique du modérateur afin de réduire le risque environnemental de fuite de tritium.

La production de grandes quantités de tritium de cette façon, il faudrait des réacteurs fluence neutrons très élevés, ou avec un rapport très élevé entre l'eau et lourd combustible nucléaire et une très faible absorption de neutrons par une autre du matériau du réacteur. Ensuite, vous devez récupérer le tritium par séparation isotopique d'une plus grande quantité de deuterium, contrairement à la production de lithium-6 (la méthode actuelle), où seule la séparation chimique est nécessaire.

La section transversale du deuterium neutrons thermiques Il est 0,52 milligrange, tandis que pour 'oxygène-16 est 0,19 millibarn et grange en oxygène 17 0,24. 17O représente l'oxygène naturel de 0,038%, la production de la section transversale totale de 0,28 millibarn. Ainsi, dans D2O avec de l'oxygène naturel, 21% de la capture de neutrons se produit sur l'oxygène, en augmentant avec l'augmentation de la quantité 17O produit suite à la capture des neutrons par 16O. En outre, 17O émette α particule avec la capture, la production de carbone-14 radioactifs.

toxicité

expériences souris, rats et chiens ont montré que l'appauvrissement de la teneur physiologique de l'eau légère avec un degré de deutération de 25%, en raison de la prise en charge de l'eau lourde, elle provoque la stérilité irréversible aussi en raison de l'impossibilité de gametes et zygotes à se développer.[12] De fortes concentrations d'eau lourde (90%) tuent rapidement poisson, têtards, flatworms et drosophile. En administrant l'eau lourde mammifères tels que les rats pendant plusieurs jours, ils meurent après une semaine après la deutération de 50% de leur teneur en eau. La cause de la mort semble être due à empoisonnement cytotoxique.

sur êtres humains Les effets toxiques peuvent survenir en raison de l'apport prolongé d'eau lourde, ce qui nécessite une grande quantité à des fins de deutération de l'eau présente dans l'organisme. En particulier, compte tenu de la quantité moyenne d'eau normale dont est composé du corps et le remplacement de la consommation normale d'eau lumineuse moyenne avec la même quantité d'eau lourde, au moins 5 jours après avoir atteint 25% de deutération et après environ 11 jours atteindraient 50% avec des manifestations d'inconfort d'une certaine taille et risque de décès dans les 2 semaines de prise continue. Une intoxication hypothétique pourrait contrer par l'administration d'une dose intraveineuse saline de manière à remplacer l'eau lourde avec de l'eau du robinet (un diurétique serait une aide supplémentaire)[citation nécessaire].

La culture de masse

  • La bataille pour la bombe atomique (Kampen de tungtvannet) film la 1948, réalisé par Jean Dréville et Titus Vibe-Muller. L'histoire du plan d'Hitler pour créer la bombe atomique en Allemagne pendant la Seconde Guerre mondiale et le sabotage de l'eau lourde Rjukan, en Norvège, dans le cadre de la résistance. Plusieurs joueurs: le scientifique allemand Werner Karl Heisenberg, Directeur général Norsk Hydro, Henriksen, professeur de physique Leif Tronstad et les soldats norvégiens et britanniques dans l'installation de la mission de sabotage de l'eau.
  • Les héros de Télémark film la 1965, réalisé par Anthony Mann.
  • Les crimes de BarLume, série télévisée la 2013, réalisé par Eugenio Cappuccio.

notes

  1. ^ Sigma-Aldrich; rev. de 09.05.2012
  2. ^ UICPA Livre d'or
  3. ^ Lewis; MacDonald, La concentration de H2 Isotope, en Journal of Chemical Physics, vol. 1, 1933, p. 341, DOI:10.1063 / 1,1749300.
  4. ^ Lewis, Les isotopes de l'hydrogène, en Journal de l'American Chemical Society, vol. 55, 1933, p. 1297 DOI:10.1021 / ja01330a511.
  5. ^ Washburn; Urey, La concentration du H2 de l'hydrogène par Isotope la Fractional Eléctrolyse de l'Eau, en Proc. Nut. Acad. Sci., vol. 18, 1932, p. 496, DOI:10.1073 / pnas.18.7.496.
  6. ^ Nino Nava, Les armes de sergete, ed. Fermi, Genève 1973
  7. ^ (FR) [1]
  8. ^ L'eau lourde, sur le site Sudbury Neutrino Observatory
  9. ^ Rolla, p. 290
  10. ^ Le détecteur SNO, L'Observatoire de neutrinos de Sudbury, l'Université Queen à Kingston. Récupéré 29 Mars, 2011.
  11. ^ Schoeller, D.Procédé;. van Santen, E. (1982) Mesure des dépenses d'énergie chez l'homme par l'eau doublement marquée. J. Appl. Physiol., 53, 955-959
  12. ^ Revue canadienne de physiologie et pharmacologie 77(2): 79-88 (1999)

bibliographie

  • Luigi Rolla, Chimie et minéralogie. pour les collèges, ed 29e., Dante Alighieri, 1987.

Articles connexes

  • Le réacteur d'eau lourde
  • fusion à froid
  • CANDU
  • eau superlourde

D'autres projets

  • Livre ouvert Nae 02.svg Cet article est inclus dans le livre wikipedia l'eau.

liens externes

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