A nehézvíz 17855

 A nehézvíz 

A hidrogén izotópjai nem egyforma gyakoriságúak a természetben: kb. 6400 hidrogénatomból csupán egyetlen $^{2}\mathrm{H}$ nehézhidrogén ($\mathrm{D}$ deutérium), a többi $^{1}\mathrm{H}$ könnyűhidrogén (prócium). A természetes vízben ez úgy jelenik meg, hogy 3200 vízmolekula közül átlagosan egy olyan, amiben az egyik hidrogén deutérium, ezt a $\mathrm{HDO}$ jelű vízfajtát "félnehéz víznek" hívjuk. A $\mathrm{D_2O}$ nehézvíz még ennél is jóval ritkább. 
 

 Felhasználás 

A nehézvíz atomerőművekben kiválóan használható moderátornak

Világszerte óriási iparág a végstádiumú betegek hozzátartozói zsebéből a pénz kiéneklése, ennek egy idevágó mozzanata az ún. "deutériummentes víz", amiben elvileg csak könnyűhidrogéneket tartalmazó vízmolekulák vannak. Egyrészt semmiféle tudományos bizonyíték nincs arra, hogy a deutériummentes víz jótékony hatást fejtene ki, másrészt ennek előállítása drága lenne, és hát a pénzéhség határtalan, úgyhogy a labor vizsgálatok szerint csak az engedélyeztetés során beküldött minta szokott deutériummentes lenni, a forgalomban lévő már csak sima csapvíz.

 
 

 Előállítás 

Ha vízbe áramot vezetünk (azaz elektrolizáljuk), akkor a pozitív anódon oxigéngáz fejlődik, a negatv katódon pedig hidrogéngáz, ami gázok a vízmolekulák széteséséből származnak. Ennek célja legtöbbször a hidrogéntermelés, mely a vegyipar egyik fontos kiindulási anyaga. Elektrolíziskor a könnyűhidrogéneket tartalmazó vízmolekulák kissé nagyobb eséllyel esnek szét, mint a deutériumot tartalmazó nehézvíz molekulák, így ha az elektolízist folyamatosan végezzük (a fogyó vizet állandóan pótoljuk), akkor a hidrogéngázban a könnyűhidrogén aránya nagyobb lesz, a visszamaradó vízben pedig a nehézvíz aránya növekszik, amit feldúsulásnak hívunk. 
 

 Egy érdekes jelenség 

Ha sima vízből készült jeget dobunk vízbe, akkor az úszni szokott a víz tetején:

Ennek oka az, hogy a jég sűrűsége (közönséges nyomásokon és hőmérsékleteken) mindig kisebb, mint a csapvízé vagy a tengervízé: 
 

anyag$\varrho$ sűrűség 
$\displaystyle \mathrm{\left(\frac{kg}{m^3}\right)}$
csapvíz ("édesvíz")1000
tengervíz (sós, átlagos)1025
jég917

A csapvíz sűrűsége a jégéhez képest

$$\frac{1000}{917}=1,0905$$

azaz 9,05%-kal nagyobb.

Ezek alapján a $M$ moláris tömegek: 
 

izotóp 
(nuklid)
$M$ 
$\mathrm{\displaystyle \left(\frac{g}{mol}\right)}$
$^{1}\mathrm{H}$ (könnyhidrogén)1
$\mathrm{O}$ (oxigén)16
$\mathrm{^{1}H_2O}$ (sima víz)18
$^{2}\mathrm{H}$. $D$ (deutérium)2
$\mathrm{^{2}H_2O}$; $\mathrm{D_2O}$ (nehézvíz)20

Látszik, hogy a nehézvíz moláris tömege a sima vízéhez képest

$$\frac{20}{18}=1,\dot1$$

azaz egy nehézvíz molekula 11,1%-kal nagyobb tömegű, mint egy szokásos. Emiatt nemcsak a nehézvíz sűrűsége nagyobb a sima vízénél, hanem a nehézvízből készült jégé is a sima jégénél, szintén kb. 9%-kal: 
 

anyag$\varrho$ sűrűség 
$\displaystyle \mathrm{\left(\frac{kg}{m^3}\right)}$
$\mathrm{{}^1 H_2O}$ közönéges víz1000
$\mathrm{{}^1 H_2O}$ közönséges jég917
$\mathrm{D_2O}$ nehézvíz1106
$\mathrm{D_2O}$ "nehézjég"1015

Emiatt a nehézvízből készült jégkocka lesüllyed a sima víz aljára!