Цяжкая вада

Ця́жкая вада́ (хімічны сімвал D₂O або ²H₂O) — аксід дэйтэрыю, вада H₂O, у якой звычайны атам вадароду (протый) замешчаны цяжкім ізатопам вадароду — дэйтэрыем, у якім у дадатак да пратона ёсць яшчэ адзін нейтрон.

Існуе таксама паўцяжкая вада HDO, з адным атамам дэйтэрыю.

Гісторыя

Амерыканскі хімік Гаральд Клейтан Урэй у 1931 годзе апублікаваў апісанне тэхналогіі аддзялення дэйтэрыю ад звычайнага вадароду, а ў 1934 годзе Гілберт Ньютан Льюіс першым здабыў чыстыя ўзоры цяжкай вады.

Першы завод для камерцыйнай вытворчасці цяжкай вады быў пабудаваны ў Нарвегіі ў 1934 годзе канцэрнам Norsk Hydro. Завод быў разлічаны на выраб 12 тонаў цяжкай вады ў год. Падчас Другой сусветнай вайны ў 1942—1943 гадах брытанцы некалькі разоў спрабавалі знішчыць завод, каб спыніць праграму распрацоўкі ядзернай зброі фашысцкай Германіі. Нарэшце 20 лютага 1944 года яны знішчылі завод, скінуўшы каля 400 бомбаў (на падставе гэтай гісторыі быў зроблены фільм «Героі Тэлемарку» з удзелам Керка Дугласа).

Хімічныя ўласцівасці

• Тэмпература кіпення: 101,42° C (214,56 °F) пры нармальным атмасферным ціску
• Тэмпература замярзання: 3,81° C (38,86° F)
• Шчыльнасць: 1,1079 пры нармальным атмасферным ціску і тэмпературы

Цяжкая вада мае трохі меншую распушчальнасць за звычайную ваду. Эксперыменты з мышамі паказалі, што спажыванне толькі цяжкай вады запавольвае працэс мітозу, дзялення клетак. Цяжкая вада не лічыцца таксінам ці атрутай, але некаторыя метабалічныя рэакцыі патрабуюць толькі звычайную лёгкую ваду, і таму спажыванне цяжкай вады чалавекам можа выклікаць пэўныя праблемы.

Выкарыстанне

Адна з самых важных уласцівасцей цяжкай вады гэта тое, што яна ў адрозненні ад звычайнай вады не паглынае нейтроны, і таму яна выкарыстоўваецца ў некаторых тыпах атамных рэактараў для запавольвання нейтронаў (звычайная вада таксама добра запавольвае нейтроны, але яна ў дадатак іх паглынае). Запавольванне нейтронаў патрэбнае для таго, каб яны маглі ўступаць у рэакцыю з уранам у рэактары. Такая тэхналогія ўжываецца, напрыклад, у канадскім рэактары CANDU.

У некаторых іншых мадэлях рэактараў ужываецца звычайная вада, але тады рэактару патрэбны ўзбагачаны ўран для дасягнення ланцуговай рэакцыі. У мадэлях з цяжкай вадой можна выкарыстоўваць неўзбагачаны ўран (напрыклад, 0,7 % ²³⁵U у рэактары CANDU).

Яшчэ адзін прыклад выкарыстання — пошук нейтрына. Садбургская абсерваторыя нейтрына ў Антарыа ўзяла на пракат 1000 тон цяжкай вады, якую памясцілі ў спецыяльны дэтэктар нейтрына на глыбіні 3 кіламетры пад зямлёй. Садбургская абсерваторыя нейтрына рэгіструе радыяцыю Чаранкова, калі нейтрына пралятаюць праз рэзервуар з цяжкай вадой.

Цяжкая вада таксама ўжываецца як ізатопны індыкатар у хіміі і біялогіі.

Выраб

На зямлі паўцяжкая вада HDO сустракаецца ў звычайнай вадзе ў прапорцыі 1 на 3200. Яна можа быць выдзеленая шляхам дыстыляцыі, шматступеннага электролізу, рэктыфікацыі вады, іоннага абмену, рэктыфікацыі аміяку, а таксама з дапамогай іншых хімічных рэакцый, якія па-рознаму рэагуюць на протый і дэйтэрый. Як толькі HDO пачынае мець істотную прапорцыю ў вадзе, то пачынаюць з'яўляцца і малекулы цяжкай вады D₂O, паколькі малекулы вады часта абменьваюцца між сабой атамамі вадароду.

У свеце штогод вырабляюцца дзясяткі тысяч тон цяжкай вады. У асноўным яна патрэбныя для атамных электрастанцый, якія ўжываюць яе для запавольвання нейтронаў і як цепланосьбіт.

Найбуйнейшым вытворцам цяжкай вады ў свеце з'яўляецца Канада, на другім месцы — Індыя.

Гл. таксама

• Вада
• Лёгкая вада