آب سنگین چیست؟ – از نحوه تولید تا کاربرد به زبان ساده

سحر خائفی
سحر خائفی
۱۴۰۵/۰۴/۱۶
۲۲ دقیقه
۳۸۲۴۷
آموزش متنی جامع
آب سنگین یا دوتریم دی‌اکسید یا آب دوتره
$$(D_2O \;\, \; ^2H_2O)$$
آنچه در این مطلب می‌آموزید:
  • می‌آموزید ساختار شیمیایی آب سنگین و انواع آن را به‌درستی تعریف کنید.
  • یاد می‌گیرید ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آب سنگین را با آب معمولی مقایسه کنید.
  • نقش کاربردی و تخصصی آب سنگین در صنعت هسته‌ای و تحقیقات علمی را خواهید آموخت.
  • خواهید توانست روش‌های صنعتی و آزمایشگاهی تولید و جداسازی آب سنگین را توضیح دهید.
  • خطرات زیستی، محدودیت‌ها و باورهای نادرست پیرامون آب سنگین را خواهید شناخت.
  • با سیر تاریخی کشف، تولید و اهمیت راهبردی آب سنگین در جهان آشنا می‌شوید.
آب سنگین چیست؟ – از نحوه تولید تا کاربرد به زبان ساده
فهرست مطالب این نوشته
997696

آب سنگین چیست ؟

آب سنگین (Heavy Water) آبی است که در ساختار خود به جای دو اتم هیدروژن خود، دو عدد دوتریم دارد. همانطور که می‌دانید دوتریم ایزوتوپ سنگین هیدروژن است، به همین دلیل به این ساختار آب سنگین می‌گویند. تفاوت هیدروژن و ودوتریم در ساختار هسته آن‌هاست به‌طوری که هر کدام دو عدد پرتون دارند اما در تعداد نوترون با یکدیگر متفاوت هستند.
در جدول زیر تفاوت سه ایزوتوپ متفاوت عنصر هیدروژن (هیدروژن، دوتریم و تریتیوم) را مشاهده می‌کنید.
ایزوتوپتعداد پروتونتعداد نوترون
هیدروژن (H)(H)10
دوتریم $$(D \;\, ^2H)$$11
تریتیوم $$(T \;\, ^3H)$$12
از آنجا که دوتریم دوبرابر هیدروژن نوترون دارد، جرم آن نیز دو برابر خواهد شد. در حالت عادی در ساختار آب طبیعی، به ازای هر یک میلیون اتم هیدروژن تنها ۱۵۶ عدد اتم دوتریم وجود دارد. طبق منابع، به آبی که به نسبت این عدد عادی دوتریم بیشتری داشته باشد نیز آب سنگین می‌گویند. یعنی چیزی بیش از ۰٫۰۱۵۶ اتم هیدروژن باید با دوتریم جایگزین شده باشد. به‌طور کلی ترکیب‌هایی به صورت HDOHDO، H2OH_2O، D2OD_2O که در آن‌ها دوتریم نسبت به هیدروژن درصد بیشتری داشته باشد، آب سنگین است.
آب سنگین
در ساختار آب سنگین ایزوتوپ دوتریم جایگزین هیدروژن می‌شود.
برای روشن شدن موضوع مثالی را در این مورد بررسی می‌کنیم. راکتور معروف کاندو در کشور کانادا، حاوی آب غنی شده با دوتریم به صورت D۲OD_۲O است اما در آن مقداری آب به صورت DHODHO نیز وجود دارد. همچنین مقادیر بسیار جزئی از H2OH_2O نیز در آن یافت می‌شود. راکتو کاندو ۹۹٫۷۵٪ غنی شده است، یعنی ۹۹٫۷۵٪ هیدروژن موجود در ساختار آب آن به فرم دوتریم یافت می‌شود.
ایزوتوپ های هیدروژن
از بین سه ایزوتوپ هیدروژن تنها تریتیوم رادیواکتیو است
با این حال نکته‌ای که وجود دارد این است که جرم آب سنگین تفاوت بسیار اندکی با آب معمولی دارد. زیرا بیشتر جرم مولکول آب، یعنی 89% آن از اکسیژن است که در ساختار آب سنگین، دست‌نخورده باقی می‌ماند. در لیست زیر به تعدادی از مهم‌ترین ویژگی‌های آب سنگین به‌طور خلاصه اشاره می‌کنیم. در ادامه در بخشی جداگانه در مورد مهم‌ترین این ویژگی‌ها صحبت خواهیم کرد.
  • هسته اتم دوتریم حاوی یک عدد نوترون و یک عدد پروتون است که این باعث می‌شود نسبت به هیدروژن جرم بیشتری داشته باشد. همان‌طور که می‌دانید هسته اتم هیدروژن تنها یک عدد پروتون دارد و فاقد نوترون است.
  • چگالی آب سنگین ۱۱٪ بیش‌تر از آب معمولی است.
  • پیوند بین دوتریم و اکسیژن در آب سنگین قوی‌تر از پیوند بین هیدروژن و اکسیژن در آب معمولی است.
  • آب سنگین رادیواکتیو نیست. تنها تفاوت آب معمولی و آب سنگین جایگزین شدن اتم هیدروژن با ایزوتوپ آن یعنی دوتریم است و از آنجا که دوتریم رادیواکتیو نیست، آب سنگین نیز مانند آب معمولی از خود تابشی ساطع نمی‌کند.
  • مقدار زیاد آب سنگین برای برخی سیستم‌های زیستی مخرب و سمی است.
  • تقریبا ۸۹٪ جرم مولکولی آب، مربوط به عنصر اکسیژن است. به همین دلیل تفاوت جرم مولکولی فاحشی بین آب معمولی و آب سنگین وجود ندارد.

برای آشنایی کامل‌تر با فرمول و کاربرد آب سنگین، پیشنهاد می‌کنیم ویدیوی آموزشی زیر را مشاهده کنید:

آب سنگین اکسیژنی چیست ؟

حال که متوجه شدیم آب سنگین چیست می‌خواهیم بدانیم که چند مدل آب سنگین و با چه مشخصاتی وجود دارند. آب سنگین به نحوه دیگری نیز می‌تواند وجود داشته باشد. آبی که در آن اتم اکسیژن معمولی با ایزوتوپ‌های 18O^{18}O و 17O^{17}O جایگزین شده باشد نیز آب سنگین است. این آب، از آنجا که حاوی دوتریم نیست در اکثر موارد به نام آب سنگین خوانده نمی‌شود، زیرا این دوتریم است که به آب سنگین ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد هسته‌ای و زیستی می‌دهد.

آب سنگین اکسیژنی نامی است که به آب حاوی ایزوتوپ سنگین اکسیژن می‌گو‌یند. جرم مولکول

$$H_2\;^{18}O$$

مطالب مجله فرادرس را در جستجوی گوگل سریع‌تر ببینید

بر اساس رای ۱ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر پرسشی درباره این مطلب دارید، آن را با ما مطرح کنید.
منابع:
wikipediaenergyeducationbyjus
PDF
مطالب مرتبط
۶ دیدگاه برای «آب سنگین چیست؟ – از نحوه تولید تا کاربرد به زبان ساده»

درود فراوان بر شما، ممنون برای مطالب بسیار خوبتان. ببخشید پرسشی داشتم، در بخش تولید آب سنگین به روش الکترولیز یا برقکافت، منظور از عبارت “این فرایند الکترولیز به کمک عبور گاز کربن دی اکسید خنثی می‌شود و در پایان واکنش، آب سنگین به دست می‌آید.” چیست؟ یعنی باید به الکترولیت در حال انجام الکترولیز از طریقی گاز کربن دی اسکید وارد کنیم؟ یاباید عمل دیگری را انجام دهیم؟ ممنون می شوم اگر ارهنمایی ام کنید؟

با سلام خدمت شما؛
با عبور کربن دی اکسید از آب، ماده کربنیک اسید H2CO3 تولید می‌شود و به این شکل آب تبدیل به یک الکترولیت می‌شود. با وجود الکترولیت تولید شده و وجود کاتد و آند مناسب، فرایند الکترولیز آغاز می‌شود. با تکرار چندین باره این واکنش در نهایت آب سنگین خالص به دست می‌آید.
با تشکر از همراهی شما با مجله فرادرس.

علی عالی بود و فوق العاده روان و قابل فهم

خوب و روان بود، ولی ای کاش کمی از اثرات آب سبک DDW هم می نوشتید.

مطالب عالی بود فقط یک اشکال دیدم این بود که در قسمتی متاسفانه با کمال تعجب دیدم نو شته بود اب در حجم زیاد ابی هست که هیچ وقت اینطور نیست در حجم زیاد هم اب بی رنگ است و فقط در طبیعت هست که با انعکاس اسمان اینطور جلوه کند و اگر اسمانی مطرح نباشد همان بیرنگی خود را دارد با اینحال خیلی مطالب سودمند بود و علاقه داشتم در باره اب سنگین اطلاعاتی داشته باشم

با سلام؛

برای درک آبی باید به نمودار جذب آب معمولی و آب سنگین رجوع شود که هردو نموداری مشابه دارند با این تفاوت که این نمودار در آب سنگین، به سمت طول‌موج‌های بلندتر جابه‌جا شده است و رنگ آب سنگین نیز بی‌رنگ خواهد بود.

با تشکر از همراهی شما با مجله فرادرس و ارائه بازخورد شما

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *