重水

什么是重水?

Deuterium Oxide

重水 (化学文摘社CAS化学物质索引号:7789-20-0;分子式:2H20D20)是水的一种,其中的氢原子是其同位素氘(重氢)而不是氕(轻氢)。氘是稳定的同位素。  Isowater自主研发了经济稳定地生产重水的制造工艺,生产的重水浓度从70%99.995%以上不等。

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氘的起源

人们通常认为,地球上的大多数氘(重氢)形成于宇宙大爆炸后十分钟左右,同时形成的还有一些存在于宇宙中的质量较轻的氢同位素。后来,大约25亿年以前,地球上大多数氘原子形成了水分子。极少一部分氘原子(约占氢同位素氘的0.015%)和氢原子结合,形成半重水HDO。这是氘原子最常见的存在形式。1931年,科学家发现了氘,认为其即是重水。

1931年,美国化学家哈罗德·尤里(Harold C. Urey)和助手费尔迪南·布里克韦德(Ferdinand G. Brickwedde)、乔治·墨菲(George M. Murphy )发现了氘。因为这一发现,尤里1934年获得诺贝尔化学奖。在这样以后,科学家还发现了很多和氘相关的其他物质,比如重水。

二十世纪三十年代,Isowater的创立者、首席执行官安德鲁·斯图亚特(Andrew T.B. Stuart)的祖父亚历山大·斯图亚特(Alexander T. Stuart)在加利福尼亚州圣卡洛斯建设了电解水设施。1930年代,该电解水设施转型成为浓缩氘的工厂,为美国政府提供服务。

纯重水D2O,是氢的稳定形态同位素氘的氧化物。氘,元素符号为2HD。重水的理化属性和普通的H20几乎一致,但重水的密度要大10%。正是因为较大的密度,氧化氘别名重水

氘的用途

氧化氘的用途都和同位素氘的特性有关,用途非常广泛。全球范围内,氧化氘的应用很广,包括核电设备中的中子减速剂、化学和生物化学路径研究的同位素示踪剂等等。化学和物理的分析方法中最早用到氘。但很快,氘就开始在其他领域大显身手,包括癌症治疗技术、实验核物理学等诸多领域。

氧化氘的物理性质

水和氧化氘(重水)的物理性质存在一些不同点。比如,在特定温度下,重水比轻水不易离解。又如,在相同温度下,重水中氘离子D+的浓度比轻水中氢离子H+的浓度低。如果比较氘氧离子OD-和氢氧离子OH-,我们也会得到同样的结果。25.0°C时,重水的离子积常数Kw= 1.35 × 1015。在纯水中,[D+][OD]数量相等。25.0°C时,重水的氘氧根离子浓度指数和氘离子浓度指数之和pKw=p[OD] + p[D+] = 7.44 + 7.44 = 14.8725.0°C纯重水中,氘离子浓度指数p[D+]=7.44

可以利用表观氢离子浓度指数pHapH电极校正测量重水中氘离子浓度指数pD。在不同温度条件下,利用pH计所测得的PH值,可以估计pD值,酸性条件下pD=PHapH计的表观指数)+0.41。碱性条件下,重水的电极校正为0.456,即碱性校正后,pD=PHapH计的表观指数)+0.456。在重水中,氘离子浓度指数p[D+]和氘氧离子浓度指数 p[OD-]的校正值为0.44,酸碱条件下的校正值略有不同。

重水氧化氘

和普通水相比,重水的密度大10.6%将一块冰冻重水投入普通水中,我们可以看到重水的这一物理特性:固态重水会沉入水中。如果将重水冷冻,我们会看到,重冰的熔点要高一些(3.7 °C),在接近冰点的普通水中并不会融化。

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