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重水的特性与主要用途
  • 发布日期:2022-08-10      浏览次数:2022
    • 重水(Deuterium oxide)是由组成的化合物,也称为氧化氘,分子式D2O,相对分子质量20.0275,比水(H2O)的相对分子质量18.0153高出约11%,因此叫做重水。由于氘与氢的性质差别极小,因此重水和普通水化学性质也很相似,重水的离子积常数为1.6*10-15。在天然水中,重水的含量约占0.02%。重水电解速率比普通水要小,可以用电解法将其提取。重水与普通水沸点有一定差别,因此也可以用蒸馏法进行提纯。

      特性

      重水在外观上和普通水相似,只是密度略大,为1.1079g/cm3,冰点略高,为3.82℃,沸点为101.42℃。参与化学反应的速率比普通水缓慢、重水的一个分子是由两个重氢原子和一个氧原子组成,其分子式为D2O,相对分子质量是20。

      重水与普通水看起来十分相像,是无臭无味的液体,它们的化学性质也一样,不过某些物理性质却不相同。普通水的密度为1g/cm3,而重水的密度为1.056g/cm3;普通水的沸点为100℃,重水的沸点为101.42℃;普通水的冰点为0℃,重水的冰点为 3.8℃。此外,普通水能够滋养生命,培育万物,而重水则不能使种子发芽。人和动物若是喝了重水,还会引起死亡。不过,重水的特殊价值体现于原子能技术应用中。制造威力巨大的核.武.器,就需要重水来作为原子核裂变反应中的减速剂,作中子的减速剂,也可作为制重氢的材料,普通水中含量约为0.02%(质量分数)。
      重水制成的冰会沉入水中。
      重水主要用于核反应堆中作减速剂,它可以减小中子的速率,使之符合发生裂变过程的需要。重水也是研究化学和生理变化中使用过的材料。浓而纯的重水不能维持动植物的生命,其致死浓度为60%~80%。
      重水和普通水一样,也是由氢和氧化合而成的液体化合物,不过,重水分子和普通水分子的氢原子有所不同。我们知道,氢有3种同位素。一种是氕,它只含有一个质子。它和一个氧原子化合可以生成普通的水分子。另一种是重氢——氘。它含有一个质子和一个中子。它和一个氧原子化合后可以生成重水分子。还有一种是超重氢——氚。它含有两个中子和一个质子。
      重水外观上和普通水相似,是无色、无嗅无味的液体。密度比普通水大,熔点、沸点比普通水高,由于重水分子量大,运动速度慢,所以在高山上的冰雪中,特别是在南极的冰雪中重水含量微乎其微,水(氧化氢)的密度最小,是地球上最轻的水。重水在自然界中分布较少,在普通水中约含重水0.015%。由于含量少,制备难,所以它的售价较高(约16元/毫升)。
      重水虽然在尖.端技术上是宝贵的资源,但对人却是有害的。人是不能饮用重水的,微生物、鱼类在纯重水或含重水较多(超过80%)的水中,只要数小时就会死亡。相反,含重水特别少的轻水,如雪水,却能刺激生物生长。

      主要用途

      重水的主要用途是在核反应堆中做“减速剂",减小中子速度,控制核裂变过程,也是冷却剂。重水和氘在研究化学和生理变化中是一种宝贵的示踪材料,例如,用稀重水灌溉树木,可以测知水在这些植物中每小时可运行十几米到几十米。测定饮过大量稀重水的人尿中的氘含量,知道水分子在人体中停留时间平均为14天。用氘代替普通氢,可以研究动植物消化和新陈代谢过程。浓的或纯重水不能维持动植物生命,重水对一般动植物的致死浓度为60%。

      重水的特殊价值体现于原子能技术应用中,要制造威力巨大的核.武.器,就需要重水作为原子核裂变反应中的减速剂。
      使用核磁共振分析时倘若溶剂是水,而研究的对象是氢,可以使用重水作溶剂。中子减速剂:某些核子反应堆使用重水来减慢中子的速度,让它们有机会与铀反应。轻水亦可以作减速剂,但因为轻水会吸收中子,因此轻水式反应堆必须使用浓缩铀,而不能使用普通铀,否则将不能达到临界质量。重水反应堆不单可以使用普通铀,而且会把铀-238转化成为可制作核.弹的钚。印度、巴基斯坦、以色列、北朝鲜都是以这样方法制造核燃料。为了防止核子武.器扩散,重水的生产和出售在很多国家都受到限制。
      重水在尖.端科技中有十分重要的用途。原子能发电站的心脏是原子反应堆,为了控制原子反应堆中核裂变反应的正常进行,需要用重水做中子的减速剂.电解重水可以得到重氢,重氢是制氢.弹的原料,中国已于1967年6月17日成功地爆炸了第一颗氢.弹,增涨了中国人民的志气.更重要的是重氢进行核聚变反应时,可放出巨大的能量,而且不会污染环境.有人计算推测,如果将海水中的重氢都用于热核反应发电,其总能量相当于全部海洋都变成了石油。


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