« هارولد يوري » ،( 1893-1981)شيميدان و از پيشتازان فعاليت روي ايزوتوپها كه در سال 1934جايزه نوبل در شيمي گرفت،در سال 1931 ميلادي « ايزوتوپ هيدروژن سنگين »را كه بعدها به منظور افزايش غلظت آب مورد استفاده قرار گرفت، كشف كرد.
همچنين در سال « 1933گيلبرت نيوتن لوئيس » شيميدان و فيزيكدان مشهور آمريكايي و استاد هارولد يوري، توانست براي اولين بار نمونه آب سنگين خالص را بوسيله عمل الكتروليز بوجود آورد.
اولين كاربرد علمي از آب سنگين در سال در سال 1934توسط دو بيولوژيست بنامهاي هوسي و هافر صورت گرفت. آنها از آب سنگين براي آزمايش رديابي بيولوژيكي، به منظور تخمين ميزان بازدهي آب در بدن انسان، استفاده قرار دادند.

مفهوم و مراحل توليد

آب سنگين (D20) نوع خاصي از مولكولهاي آب است كه در آن ايزوتوپهاي هيدروژن حضور دارند. اين نوع از آب كليد اصلي تهيه پلوتونيوم از اورانيوم طبيعي است و به همين دليل توليد و تجارت آن تحت نظر قوانين بين المللي صورت گرفته و بشدت كنترل مي شود.
با كمك اين نوع از آب مي توان پلوتونيوم لازم بري سلاح هاي اتمي را بدون نياز به غني سازي بالي اورانيوم تهيه كرد. از كاربردهاي ديگر اين آب مي توان به استفاده از آن در رآكتورهاي هسته اي با سوخت اورانيوم، متعادل كننده به جاي گرافيت و نيز عامل انتقال گرماي رآكتور نام برد. آب سنگين واژه اي است كه معمولا به اكسيد هيدروژن سنگين، D2Oيا 2H2Oاطلاق مي شود.
هيدروژن سنگين يا دوتريوم ايزوتوپي پايدار از هيدروژن است كه به نسبت يك به 6400از اتمهاي هيدروژن درطبيعت وجود دارد. خواص فيزيكي و شيميايي آن به نوعي مشابه با آب سبك H2Oاست. اتم هاي دوتريوم ايزوتوپ هاي سنگيني هستند كه بر خلاف هيدروژن معمولي، هسته آنها شامل نوترون نيز هست.
جايگزيني هيدروژن با دوتريوم در مولكولهاي آب سطح انرژي پيوندهاي مولكولي را تغيير داده و طبيعتا» خواص متفاوت فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي را موجب مي شود، بطوري كه اين خواص را در كمتر اكسيد ايزوتوپي مي توان مشاهده كرد.
بعنوان مثال ويسكوزيته يا به زبان ساده تر چسبندگي آب سنگين به مراتب بيشتر از آب معمولي است. آب سنگين آبي است كه در مقايسه با آب معمولي ديرتر مي جوشد و زودتر يخ مي زند و همانطور كه ذكر شد «گيلبرت نيوتن لوييس» نخستين بار نمونه آن را از آب سنگين خالص در سال 1933به دست آورد.
هيدروژن طبيعي داراي دو ايزوتوپ است:ايزوتوپ هيدروژن سبك كه تقريبا 99‎/98درصد هيدروژن موجود را تشكيل مي دهد و ايزوتوپ هيدروژن سنگين يا دوتريوم كه مقدار آن 15درصد است.
ايزوتوپ دوتريوم برخلاف هيدروژن معمولي داراي يك نوترون است.آب معمولي از يك اتم اكسيژن و دو اتم هيدروژن تشكيل شده است،در حالي كه آب سنگين، از يك اتم اكسيژن و دو اتم دوتريوم (D)تشكيل شده است.
براي توليد آب سنگين بايد مولكول هاي آب حاوي هيدروژن سنگين (دوتريوم) را از مولكول هاي آب معمولي جدا كنند يا از داخل هيدروژن ،اتم هاي هيدروژن سنگين يا دوتريوم را جدا و خالص كنند.
جرم مولكولي آب معمولي 18و جرم مولكولي آب سنگين 20است. از لحاظ خواص شيميايي تفاوت چنداني با خواص آب معمولي نداشته و اختلافات جزئي وجود دارد اما از لحاظ هسته اي هيدروژن معمولي مي تواند نوترون را جذب كند ،اما احتمال جذب نوترون توسط هيدروژن سنگين بسيار كم است.
به دليل تفاوت مشخصات هسته اي دوتريوم با هيدروژن ازلحاظ «تكانه زاويه اي و گشتاور مغناطيسي »از آب سنگين و دوتريوم در زمينه هاي مختلف تحقيقاتي نيز استفاده مي شود.
به عنوان مثال رفتار آب سنگين در دستگاه هاي MRIبا رفتار هيدروژن معمولي متفاوت است.
در فعاليت هاي تحقيقاتي به منظور بررسي برخي خواص از موادي استفاده مي كنند كه هيدروژن طبيعي را در آن با هيدروژن سنگين (دوتريوم) جايگزين كرده اند. يكي از كاربردهاي دوتريوم استفاده در توليد نوترون در شتاب دهنده ها و توليد انرژي در «راكتورهاي گداخت» است.

آب نيمه سنگين

چنانچه دراكسيد هيدروژن تنها يكي از اتمهاي هيدروژن به ايزوتوپ دوتريوم تبديل شود نتيجه حاصله (HDO)را آب نيمه سنگين مي گويند. در مواردي كه تركيب مساوي از هيدروژن و دوتريوم در تشكيل مولكوهاي آب حضور داشته باشند، آب نيمه سنگين تهيه مي شود.
دليل اين امر تبديل سريع اتم هي هيدروژن و دوتريوم بين مولكولهاي آب است، مولكول آبي كه از 50درصد هيدروژن معمولي (H)و 50درصد هيدروژن سنگين (D)تشكيل شده است،در موازنه شيميايي در حدود 50درصد HDOو 25 درصد آب (H2O)و 25درصد D2Oخواهد داشت.
نكته قابل توجه آن است كه آب سنگين را نبايد با با آب سخت كه اغلب شامل املاح زياد است و يا يا آب تريتيومor (T2O 3H2O)كه از ايزوتوپ ديگر هيدروژن تشكيل شده است، اشتباه گرفت.
تريتيوم ايزوتوپ ديگري از هيدروژن است كه خاصيت راديواكتيو دارد و بيشتر براي ساخت موادي كه از خود نور منتشر مي كنند، بكار برده مي شود.

آب با اكسيژن سنگين

آب با اكسيژن سنگين،در حالت معمول H218Oاست كه به صورت تجارتي در دسترس است بيشتر براي رديابي بكار برده مي شود. بعنوان مثال با جايگزين كردن اين آب (از طريق نوشيدن يا تزريق) در يكي از عضوهاي بدن مي توان در طول زمان ميزان تغيير در مقدار آب اين عضو را بررسي كرد. اين نوع از آب به ندرت حاوي دوتريوم است و به همين علت خواص شيميايي و بيولوژيكي خاصي ندارد ،براي همين به آن آب سنگين گفته نمي شود. ممكن است اكسيژن در آنها بصورت ايزوتوپهاي O17نيز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فيزيكي ين آب با آب معمولي تنها چگالي بيشتر آن است.
* ارسال مقاله توسط عضو محترم سايت با نام کاربري : jalalisadegh
/خ