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 |
| jég | 917 |
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 víz | 1000 |
| $\mathrm{{}^1 H_2O}$ közönséges jég | 917 |
| $\mathrm{D_2O}$ nehézvíz | 1106 |
| $\mathrm{D_2O}$ "nehézjég" | 1015 |
Emiatt a nehézvízből készült jégkocka lesüllyed a sima víz aljára!
