重水氧化氘2
H
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) 是水的一种形式,其氢原子均为(2
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或 D,也称为重氢)而不是常见的氢 1同位素(1
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或 H,也称为),它构成了普通水中的大部分氢。[3]较重氢同位素的存在赋予水不同的核特性,并且质量的增加使其物理和化学特性与普通水略有不同。

氘是一种重氢同位素。重水含有氘原子,用于核反应堆。半重水 (HDO) 比纯重水更常见,而重氧水密度更大,但缺乏独特的性质。氚水由于含有而具有放射性。

重水(D
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) 具有与普通水不同的物理特性,例如密度高 10.6%,熔点更高。重水在给定温度下解离较少,并且不具有普通水的蓝色。虽然没有明显的味道差异,但尝起来略带甜味。重水通过改变真核生物中的酶、氢键和细胞分裂来影响生物系统。当浓度超过 50% 时,它可以对多细胞生物体造成致命。然而,一些原核生物如细菌可以在重氢环境中生存。重水对人体有毒,但需要大量的水才会发生中毒。

氘化水 (HDO) 天然存在于普通水中,可以通过蒸馏、电解或化学交换过程分离。生产重水最具成本效益的工艺是Girdler 硫化物工艺重水用于各个行业,并以不同纯度等级出售。其一些应用包括核磁共振红外光谱中子慢化中微子检测、代谢率测试、中子捕获疗法以及和氚等放射性材料的生产。

组成

氘是一种氢同位素,其原子核含有一个中子和一个质子(普通氢)原子的原子核仅由一个质子组成。额外的中子使氘原子的重量大约是氕原子的两倍。

重水分子有两个氘原子,而不是普通“轻”水的两个氕原子。IUPAC金皮书[5]定义的术语重水也可以指其中氢原子比例高于通常比例的氘而不是氕的水。相比之下,普通水(用于氘标准的“普通水”)每百万氢原子仅含有约 156 个氘原子,这意味着 0.0156% 的氢原子属于重原子。因此,金皮书中定义的重水包括氧化氢氘 (HDO)和D的其他混合物
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和 HDO,其中氘的比例比平常更大。例如, CANDU反应堆中使用的重水是一种高度浓缩的水混合物,主要含有氧化氘D
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,还有一些氢氘氧化物和少量的普通氢氧化物H
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氢原子分数达到 99.75%,这意味着 99.75% 的氢原子属于重原子;然而,金书意义上的重水不需要如此高度浓缩。然而,重水分子的重量与正常水分子的重量没有太大区别,因为水的分子量的大约89%来自单个原子而不是两个氢原子。

重水,那可是个与众不同的角色。它本身无放射性,瞧,它的密度比水大了约11%,但又在物理和化学方面与水相似,不得不让人刮目相看。不过,氘水的与众不同,可不仅仅体现在这些表面特性上。它的独特性在于,氘在重稳定同位素中可是独树一帜的,那种重量,可是最轻同位素的两倍呢。
这种与众不同的特性,使得重水的氢氧键强度大大增加,而这又反过来造成了对某些生化反应非常重要的差异。就拿人体来说,天然就含有相当于约5克重水的氘,对人体无害。不过,如果高等生物体中的大部分水(> 50%)被重水取代,那结果可就不堪设想了,细胞功能障碍和死亡在所难免。
说到重水的历史,那可要追溯到1932年,就在氘被发现几个月后。随着1938年核裂变的发现,以及对捕获少量中子的中子慢化剂的需求,重水逐渐成为早期核能研究的重要角色。自那时起,重水便是某些类型反应堆的重要组成部分,无论是发电反应堆还是用于生产核武器同位素的反应堆。这些重水反应堆的优点是能够使用天然铀运行,而无需使用石墨慢化剂,要知道,石墨慢化剂在退役阶段可是会造成放射性和粉尘爆炸的危险。
替代的作用,早已深深融入了核能发展的脉络之中。就让我们静静欣赏它在这幅宏大画卷中留下的精彩篇章吧。
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众巍化学

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