رفتن به مطلب

پست های پیشنهاد شده

[h=2]آب سنگین[/h]

آب سنگین

آب
معمولی از يك اتم اكسيژن و دو اتم هيدروژن تشكيل شده است. در حالی كه آب سنگين، از يك اتم اكسيژن و دو اتم دوتريوم
(D) تشكيل شده است.
برای توليد آب سنگين بايد مولكول های
آب حاوی هيدروژن سنگين (دوتريوم) را از مولكول های آب
معمولی جدا كنند يا از داخل
هيدروژن، اتم های هيدروژن سنگين يا دوتريوم
را جدا و خالص كنند

.

1593-1.JPG

 

 

 

 

جرم مولكولی آب معمولی ١٨ و جرم مولكولی آب
سنگين ٢٠ است. از لحاظ خواص شيميايی تفاوت
چندانی با خواص آب معمولی نداشته و
اختلافات جزئی وجود دارد اما از لحاظ هسته ای هيدروژن
معمولی می تواند نوترون را جذب
كند اما احتمال جذب نوترون توسط هيدروژن سنگين بسيار كم
است. چنانچه بخواهيم يك راكتور هسته ای بسازيم كه با آب خنك شود چون
هيدروژن آب جاذب نوترون
است، مجبوريم كه
اورانيوم غنی شده به كار ببريم، اما اگر از آب سنگين استفاده كنيم می توانيم برای نيروگاه
هسته ای از اورانيوم طبيعی استفاده
كنيم
.

 

 

به دليل تفاوت مشخصات هسته ای دوتريوم با هيدروژن از لحاظ تكانه زاويه ای و گشتاور
مغناطيسی از
آب سنگين و دوتريوم در زمينه
های مختلف تحقيقاتی نيز استفاده می شود. به عنوان مثال رفتار آب
سنگين در دستگاه های
MRI با رفتار هيدروژن معمولی متفاوت است. در فعاليت های تحقيقاتی به
منظور بررسی برخی
خواص از موادی استفاده می كنند كه هيدروژن طبيعی را در آن با هيدروژن
سنگين (دوتريوم)جايگزين كرده اند. يكی از كاربردهای
دوتريوم استفاده در توليد نوترون در شتاب دهنده
ها و توليد انرژی در «راكتورهای
گداخت» است
.

 

فشرده اطلاعات آب سنگين

یک -
آب سنگين برای تعديل نوترونی راكتورهای
هسته ای با هدف آهسته كردن حركت نوترون ها برای واكنش با اورانيوم طبيعی و توليد پلوتونيم به كار می رود
.

دو-
آب سنگين به طور طبيعی به ميزان ناچيزی
با نسبت ١ به ٥٠٠٠ در آب معمولی وجود دارد
.

سه-
آب سنگين برای تعديل سازی نوترونی
راكتورهای آب سنگين به كار می رود
.

 

برخی از خواص آب معمولی و آب سنگین

H2O

 

D2O

 

ویژگی

 

0.0 (°C)

3.82

نقطه ذوب

100 (°C)

101.4

نقطه جوش

0.9982

1.1056

چگالی در
at 20°C, g/mL

4.0

11.6

درجه حرارت بالترین چگالی
(°C)

1.005

1.25

(at 20°C, centipoise)
ویزکوزیتی

71.97

71.93

(at 25°C, dyn·cm)
کشش سطحی

1,436

1,515

(cal/mol)
حرارت ترکیب

10,515

10,864

حرارت بخار
(cal/mol)

7.00

7.41

pH -at 25°C

چون چگالی آب سنگین از آب معمولی بیشتر است، یخ تولید شده از آب معمولی که روی آب شناور است در حالیکه یخ تولید شده از آب سنگین در آب غوطه ور است.

منبع:cph-theory.persiangig.com

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

آب سنگین نوع خاصی از مولکول‌های آب است که در آن ایزوتوپ‌های هیدروژن وجود دارد. این نوع از آب کلید اصلی تهیه پلوتونیوم از اورانیوم طبیعی‌است و به همین علت تولید و تجارت آن با نظر قوانین بین‌المللی انجام و به شدت کنترل می‌شود.این اب در مقایسه با آب معمولی دیرتر می جوشد و زودتر یخ می زند.

تاريخچه توليد آب سنگين:

والتر راسل در سال ۱۹۲۶ با استفاده از جدول تناوبي «مارپيچ» وجود دو تريم را پيش بيني كرد. هارولد يوري يكي از شيميدانان دانشگاه كلمبيا در سال ۱۹۳۱ توانست آن را كشف كند. گيلبرت نيوتن لوئيس هم در سال ۱۹۳۳ توانست اولين نمونه از آب سنگين خالص را با استفاده از روش الكتروليز تهيه كند. هوسي و هافر نيز در سال ۱۹۳۴ از آب سنگين استفاده كردند و با انجام اولين آزمون‌هاي رديابي زيست شناختي به بررسي سرعت گردش آب در بدن انسان پرداختند.

 

توليد آب سنگين: در طبيعت از هر ۳۲۰۰ مولكول آب يكي آب نيمه سنگين hdo است. آب نيمه سنگين را مي‌توان با استفاده از روش‌هايي مانند تقطير يا الكتروليز يا ديگر فرآيندهاي شيميايي از آب معمولي تهيه كرد. هنگامي كه مقدار hdo در آب زياد شد، ميزان آب سنگين نيز بيشتر مي‌شود زيرا مولكول‌هاي آب هيدروژن‌هاي خود را با يكديگر عوض مي‌كنند و احتمال دارد كه از دو مولكول hdo يك مولكول h2o آب معمولي و يك مولكول d2o آب سنگين به وجود آيد. براي توليد آب سنگين خالص با استفاده از روش‌هاي تقطير يا الكتروليز به دستگاه‌هاي پيچيده تقطير و الكتروليز و همچنين مقدار زيادي انرژي نياز است، به همين دليل بيشتر از روش‌هاي شيميايي براي تهيه آب سنگين استفاده مي‌كنند.

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

تعیین سختی آب توسط EDTA

 

نمکهای کلسیم و منیزیم موجب سختی آب شده و در هنگام شست و شو تولید صابونهای

 

نامحلول شده که معمولاً از نوع اولئات ها و استئارات های کلسیم و منیزیم می باشند .

 

صابونهای نامحلول حاصل در پارچه رسوب کرده و زیر دست را خشن میکند و از سوی دیگر

 

به صورت نایکنواخت رسوب کرده و در نتیجه باعث نایکنواختی رنگرزی می شود .

 

بعلاوه یونهای کلسیم و منیزیم میتوانند بعضی از رنگها را از محیط عمل خارج کرده و رسوب

 

دهند .

 

 

سختی کل آب را به دو دسته تقسیم می کنند : کربنات های کلسیم و منیزیم در آب نامحلول

 

می باشند ولی زمانی که دی اکسید کربن در کنار آنها قرار میگیرد آنها را بصورت بیکربناتهای

 

محلول در آب در می آورد .حال اگر با جوشاندن دی اکسید کربن را از آب خارج کنیم بیکربناتهای

 

محلول مجدداً به صورت کربنات نامحلول در آمده و رسوب می کنند و از آب خارج می شوند . به

 

این دسته از مواد موجود در آب که با جوشاندن خارج می شوند سختی موقت گویند . مابقی

 

نمکهای منیزیم و کلسیم باقی مانده در آب که با جوشاندن از بین نمی روند را سختی دائم

 

گویند . این مواد کلرور ها ، سولفات ها و یا نیترات های کلسیم و منیزیم میباشند .

 

 

یکی از روشهای اندازه گیری سختی آب بوسیله معرف ورسن می باشد . تریلون B یا معرف

 

ورسن نمک تتراسدیک اسید اتیلن دی آمینو تتر استیک می باشد . که به EDTA معروف است .

 

این نمک چهار گروه –COONa دارد که قادرند با نمکهای دو، سه و یا چهار ظرفیتی کمپلکس

 

تشکیل دهد .

 

برای اندازه گیری سختی آب می توان آن را در مجاورت اریو کرم سیاه بعنوان معرف توسط EDTA

 

تیتر نمود .

 

اریو کرم سیاه رنگی است که حاوی دو گروه فنلی نا محلول بوده و یونیزه شدن آن همراه با تغییر

 

رنگ می باشد .

 

 

هرگاه آنیون معرف را به شکل H2In¯ نشان دهیم که در آن In قسمت یونیزه نشده آن باشد

 

تفکیک شدن گروه های فنلی به شکل زیر میباشد .

 

 

 

H2In­¹ ............ HIn­2 ........ In­3

 

نارنجی ....... آبی ...... قرمز شرابی

 

 

هرگاه یون های فلزی در مجاورت این ماده قرار بگیرد ترکیبات پیچیده ای با نام آریوکروم آن فلز

 

می دهد و در هر حال ماده را به صورت MIn­ در می آورد که به رنگ قرمز شرابی است . فرمول

 

کمپلکس اریوکروم بلاک با یون Mg++ بصورت زیر است .

 

 

به منظور اندازه گیری یونهای کلسیم و منیزیم موجود در آب ابتدا با کمک هیدر اکسید آمونیوم

 

PH محیط را به 10 رسانده و سپس معرف اریوکرم را به آن اضافه می کنیم . اگر هیچ یون

 

فلزی از کلسیم و منیزیم در آب موجود نباشد این معرف در این شرایط به رنگ آبی است ولی

 

کمپلکس های فلزی آن به رنگ قرمز شرابی و یا نارنجی میباشند . پس اگر رنگ محیط قرمز شود

 

یونهای فلزی در آن وجود دارد . اگر به چنین محلول قرمز رنگی محلول EDTA اضافه شود ابتدا

 

با کلسیم سپس منیزیم متصل به اریوکرم کمپلکس تشکیل داده و از آنجایی که این کمپلکس

 

ها از کمپلکس های فلز با رنگ پایدار تر هستند اریوکرم کاملاً از قید یونهای فلزی آزاد شده

 

و آبی می شود .پس لحظه آبی شدن محلول زمانی است که تمامی یونهای فلزی با EDTA

 

واکنش داده اند . از آنجایی که تشکیل کمپلکس کلسیم و منیزیم محیط را اسیدی میکند به

 

منظور حفظ PH محیط بین 9 تا 10 که در آن معرف آبی رنگ است از هیدروکسید آمونیوم و یا

 

محلول بافر کلرور آمونیوم استفاده میشود .

 

 

برای بدست آوردن یک نمونه مرجع ابتدا 10 میلی گرم از محلول کلرور کلسیم را که به صورت

 

استاندارد تهیه شده است و معادل 1 گرم کربنات کلسیم است را با کمک پیپت به به یک ارلن

 

100 میلی لیتری منتقل کرده و سپس 2 میلی لیتر محلول تامپون را که PH 10 داشته و بافر

 

است به آن اضافه می کنیم .( محلول تامپون از مخلوط کردن 142 میلی لیتر محلول آمونیاک

 

غلیظ با 5/17 گرم کلرور آمونیوم بدست می آید . حجم این مجموعه به 250 cc رسانده میشود.)

 

بعد از اضافه کردن تامپون دو قطره از اریوکرم را به آن اضافه می کنیم . در اکثر مواقع که آب دارای

 

سختی است رنگ محیط قرمز میشود . ارلن را با EDTA تیتر میکنیم .باید دقت داشته باشیم

 

که تیتراسیون را با دقت و قطره قطره انجام دهیم تا بتوان لحظه تغییر رنگ را به درستی تشخیص

 

دهیم . در زمان تغییر رنگ میزان EDTA مصرفی را بر حسب میلی لیتر می خوانیم که معادل

 

2/9 میلی لیتر می شود .

 

در این حالت با یک تناسب ساده میبینیم که 2/9 میلی لیتر EDTA 10 گرم کربنات کلسیم را

 

خنثی کرده است . پس 1 میلی لیتر از آن معادل 086/1 گرم کربنات کلسیم می باشد . حال

 

در مرحله بعد که آب مورد نظر را آزمایش میکنیم می توانیم میزان EDTA مصرفی را به کربنات

 

کلسیم نسبت داده و سختی آب را بر حسب گرم کربنات کلسیم گزارش دهیم .

 

مرحله 2 :

در این مرحله سختی کل آب معمولی آزمایشگاه را بدست می آوریم . برای این منظور دقیقاً

 

مشابه روش قبل عمل می کنیم ولی این بار از 50 میلی لیتر آب آزمایشگاه استفاده مینماییم.

 

در ارلن ریخته به آن 10 میلی لیتر تامپون و چند قطره اریوکرم اضاغه کرده با EDTA تیتر میکنیم .

 

این بار میزان EDTA مصرفی 6/12 میلی لیتر میباشد که توسط فرمول زیر و با کمک فاکتور c

 

که توسط مرحله قبل بدست آمد و میزان کربنات کلسیمی است که توسط 1 میلی لیتر از

 

محلول EDTA موجود در آزمایش میتواند خنثی شود می باشد ، میزان سختی کل آب را بر

 

حسب گرم کربنات کلسیم می توان محاسبه نمود .

 

 

مرحله 3 :

برای اندازه گیری سختی دائم آب ، باید ابتدا سختی موقت را از آن حذف نمود . برای این منظور

 

ابتدا از آب آزمایشگاه به حجم معینی برداشته (250 میلی لیتر ) و آن را به مدت 45 دقیقه می

 

جوشانیم . سپس همانطور که داغ است آن را از کاغذ صافی عبور میدهیم تا مجدداً در طی سرد

 

شدن دی اکسید کربن جذب نکرده و بیکربنات های محلول تشکیل شود . آب بدست آمده فاقد

 

سختی موقت است .آن را به کمک آب مقطر که سختی ندارد به حجم 50 میلی لیتر رسانده و

 

مشابه مرحله 2 دوباره تیتر میکنیم . این بار میزان EDTA بدست آمده 2/6 میلی لیتر میباشد .

 

میزان سختی مشابه روش قبل محاسبه می شود .

 

سختی موقت از تفاضل سختی دائم از سختی کل بدست می آید .

 

 

مرحله 4 :

در این مرحله سختی یک محلول مجحول را بدست می آوریم . روش کار درست مثل روش قبل

 

میباشد . برای این منظور باز هم 50 میلی لیتر از این محلول را در ارلن ریخته 10 میلی لیتر تامپون

 

و چند قطره معرف به آن اضافه نموده و سپس محلول را تیتر میکنیم . از آنجایی که سختی محلول

 

اصلا مشخص نمی باشد از همان ابتدا با احتیاط و قطره قطره EDTA را اضافه میکنیم . این بار میزان

 

EDTA اضافه شده تا زمان تغییر رنگ 1 میلی لیتر میباشد و میزان سختی بدست آمده سختی کل

 

میباشد .

 

 

 

 

با توجه به آزمایش های بالا می توان گفت با روش تیتراسیون فوق می توان آب با سختی های کم تا

 

زیاد را مورد آزمایش قرار داد . آنچه را که باید در نظر داشت آن است که دقت فرد آزمایش کننده در

 

درستی نتیجه از اهمیت بالایی برخوردار است . برای افزایش دقت در تشخیص درست لحظه تغییر

 

رنگ محلول در تیتراسیون بهتر است زیر ارلن را یک با یک تکه کاغذ سفید بپوشانیم تا احتمال خطای

 

دید را به حد اقل برسانیم .

 

از سوی دیگر وجود یونهای مس یکی از عوامل خطا در این آزمایش به حساب آمده از تغییر رنگ جلوگیری

 

می کند . این امر به دلیل پایداری بالای کمپلکس مس با اریوکرم میباشد . از سوی دیگر وجود یون منگنز

 

محیط را رنگ پریده میکند . برای رفع این مشکلات میتوان از معرف های جدید تر که به این یون ها حساس

 

نیستند استفاده نمود . اگر در آب نمکهای منیزیم وجود نداشته باشد تنها اریوکرم کلسیم که پایداری

 

کمتری دارد تشکیل می شود که در حین تیتراسیون قبل از آنکه EDTA با تمامی کلسیم موجود در

 

محیط ترکیب شود ، ممکن است اریوکرم کلسیم را تفکیک کند و تغییر رنگ به خوبی و در یک لحظه ظاهر

 

نشود که یک عامل ایجاد خطا محسوب می شود . برای رفع این مشکل مقدار مشخصی کمپلکس

 

منیزیم به محیط اضافه میکنند و باید در محاسبه نهایی از مقدار سختی به دست آمده کسر گردد.

 

 

- تبديل اكي والان به گرم

 

 

( گرم ) جرم ملكولي = يك اكي والان

 

ظرفيت

 

 

 

[TABLE=class: cms_table]

[TR]

[TD]K[/TD]

[TD=width: 47]CL[/TD]

[TD=width: 36]O[/TD]

[TD=width: 48]Na[/TD]

[TD=width: 60]S[/TD]

[TD=width: 72]Mg[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 29]39[/TD]

[TD=width: 47]5/35[/TD]

[TD=width: 36]16[/TD]

[TD=width: 48]23[/TD]

[TD=width: 60]32[/TD]

[TD=width: 72]24[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

 

 

ظرفيت املاح شايع مورد استفاده عبارتند از :

 

كلرور پتاسيم = 1 ، كلرور سديم = 1 ، سولفات منيزيم = 2

 

مثال :

 

با توجه به اينكه KCL موجود 15 % مي باشد يك سي سي آن چند ميلي اكي والان KCL دارد ؟

 

 

۵/۷۴ گرم = 5/35 + 39 = يك اكي والان KCL

 

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

با کمک آب سنگین می‌توان پلوتونیوم لازم را برای سلاح‌های اتمی بدون نیاز به غنی‌سازی بالای اورانیوم تهیه کرد.

از کاربردهای دیگر این آب می‌توان به استفاده از آن در رآکتورهای هسته‌ای با سوخت اورانیوم، به عنوان متعادل‌کننده

 

(Moderator) به جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمای رآکتور نام برد.

 

 

آب سنگین واژه‌ای‌است که معمولاً به اکسید هیدروژن سنگین D2O یا 2H2O اطلاق می‌شود.

 

هیدروژن سنگین یا دوتریوم (Deuterium) ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است که به نسبت یک به 6400 از اتمهای هیدروژن

 

در طبیعت وجود دارد و خواص فیزیکی و شیمیایی آن به نوعی مشابه آب سبک H2O است.

 

اتم‌های دوتریوم ایزوتوپ‌های سنگینی هستند که برخلاف هیدروژن معمولی، هسته آنها شامل نوترون نیز هست.

 

جانشینی هیدروژن با دوتریوم در مولکول‌های آب، سطح انرژی پیوندهای مولکولی را تغییر میدهد و بطور طبیعی خواص

 

متفاوت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی را موجب می‌شود، به‌طوری که این خواص را در کمتر اکسید ایزوتوپی می‌توان

 

مشاهده کرد.

 

برای مثال، ویسکوزیته (Viscosity) یا به زبان ساده‌تر چسبندگی آب سنگین به مراتب بیش از آب معمولی است.

 

 

آب نیمه سنگین چنانچه در اکسید هیدروژن تنها یکی از اتم‌های هیدروژن به ایزوتوپ دوتریوم تبدیل شود نتیجه را آب

 

نیمه سنگین (HDO) می‌گویند.

 

 

در مواردیکه ترکیب مساوی از هیدروژن و دوتریوم در تشکیل مولکولهای آب وجود داشته باشند، آب نیمه سنگین تهیه

 

می‌شود، علت این کار تبدیل سریع اتم‌های هیدروژن و دوتریوم بین مولکول‌های آب است.مولکول آبی که از 50درصد

 

هیدروژن معمولی (H) و 50درصد هیدروژن سنگین(D) تشکیل شده‌است،در موازنه شیمیایی حدود 50 درصد HDO و

 

25 درصد آب (H2O) و 25 درصد D2O خواهد داشت. نکته مهم آنست که آب سنگین را نباید با با آب سخت که اغلب

 

شامل املاح زیاد است و یا یا آب تریتیوم (T2O or 3H2O) که از ایزوتوپ دیگر هیدروژن تشکیل شده‌است، اشتباه گرفت.

 

تریتیوم، ایزوتوپ دیگری از هیدروژن است که خاصیت رادیواکتیو دارد و بیشتر برای ساخت موادی بکار برده می‌شود که

 

از خود نور منتشر می‌کنند.

 

 

آب با اکسیژن سنگین

 

آب با اکسیژن سنگین، در حالت معمول H218O است که بصورت تجارتی در دسترس است و بیشتر برای ردیابی بکار

 

برده می‌شود. برای مثال، با جانشین کردن این آب (با نوشیدن یا تزریق) در یکی از عضوهای بدن می‌توان در طول زمان

 

میزان تغییر در مقدار آب این عضو را بررسی کرد.

 

این نوع از آب به ندرت حاوی دوتریوم است و به همین علت خواص شیمیایی و بیولوژیکی خاصی ندارد برای همین، به

 

آن آب سنگین گفته نمی‌شود. ممکن است اکسیژن در آنها به صورت ایزوتوپ‌های O17 نیز موجود باشد، در هر صورت

 

تفاوت فیزیکی این آب با آب معمولی، فقط چگالی بیشتر آن است.

 

کاربرد آب سنگین در راکتورهای هسته ای

 

آب سنگین یکی از مواد اصلی در راه اندازی راکتورهای تولید انرژی و تحقیقاتی موسوم به راکتورهای آب سنگین بشمار

 

می رود.

 

راکتورهای آب سنگین نیازی به اورانیوم غنی شده ندارد و از اکسید اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کند.

 

این فرایند، نیاز به اورانیوم غنی شده را مرتفع می کند اما طراحی این راکتورها پیچیده و تولید آب سنگین نیز هزینه بر

 

است.

 

 

آب سنگین از جدا سازی نوعی از مولکول های آب با غلظت 1 در هر 7000 مولکول به دست می آید که هیدروژن آن یک

 

نوترون بیشتر از هیدروژن عادی دارد.

 

 

این نوترون اضافه موجب میشود تا عمل کند کنندگی نوترونهای پر سرعت به اندازه ای برسد که واکنش های زنجیره ای

 

تولید انرژی از میله های سوخت آغاز شود در حالی که در راکتورهای قدرت آب سبک , اورانیوم غنی شده درحد سه و

 

نیم درصد و بیش از آن برای انجام واکنش مورد نیاز است.

در راکتورهای آب سنگین، این ماده وظیفه خنک کردن میله های سوخت، همزمان با کند کردن نوترون های پر انرژی را

 

به عهده دارد.

با نزدیک شدن راکتور تحقیقاتی تهران،که حدود چهل سال پیش و با قدرت 5 مگاوات راه اندازی شده است،به پایان عمر

 

کاری خود و نیاز روز افزون کشور به انواع رادیو ایزوتوپ های صنعتی و همچنین رادیو داروها ،راکتور تحقیقاتی آب سنگین

 

اراک با قدرت 40 مگاوات طراحی و مکان آن در نزدیکی شهر خنداب در شمال غربی شهرستان اراک تعیین شد.

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

[h=2]آب سنگین[/h]

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.

ساختار اتم

اتم كوچكترین بخش سازنده یك عنصر شیمیایی است كه هنوز هم خواص شیمیایی آن عنصر را دارد. خود اتم ها از سه جزء ساخته شده اند: الكترون، پروتون و نوترون. پروتون و نوترون در درون هسته اتم قرار دارد و الكترون به دور هسته اتم می گردد. الكترون بار منفی و جرم بسیار كمی دارد. پروتون بار مثبت و نوترون بدون بار است. جرم پروتون و نوترون برابر و حدود ۱۸۷۰ بار سنگین تر از الكترون است، بنابر این بخش عمده جرم یك اتم درون هسته آن قرار دارد. ایزوتوپ: ایزوتوپ به صورت های گوناگون یك عنصر گفته می شود كه جرم آنها با هم تفاوت داشته باشد. تفاوت ایزوتوپ های مختلف یك عنصر از آنجا ناشی می شود كه تعداد نوترون های موجود در هسته آنها با هم تفاوت دارد. البته تعداد پروتون های تمام اتم های یك عنصر از جمله ایزوتوپ ها با هم برابر است. برای مثال عنصر هیدروژن دارای سه ایزوتوپ است:
H
هیدروژن كه در هسته خود فقط یك پروتون دارد، بدون نوترون.
H
۲یا
D
دوتریم كه در هسته خود یك پروتون و یك نوترون دارد و
H
۳ یا
H
تریتیم كه یك پروتون و دو نوترون دارد. از آنجایی كه خواص شیمیایی یك عنصر به تعداد پروتون های هسته مربوط است، ایزوتوپ های مختلف در خواص شیمیایی با هم تفاوت ندارند، بلكه خواص فیزیكی آنها با هم متفاوت است. عمده هیدروژن های طبیعت
H
یا هیدروژن معمولی است و فقط ۰۱۵۰ درصد آن را دوتریم تشكیل می دهد، یعنی از هر ۶۴۰۰ اتم هیدروژن، یكی دوتریم است. حال در نظر بگیرید كه به جای یك اتم هیدروژن معمولی در مولكول آب
H2O
اتم
D
بنشیند. آن وقت مولكول
HDO
به وجود می آید كه به آن آب نیمه سنگین می گویند. اگر جای هر دو اتم هیدروژن، دوتریم بنشیند،
D2O
به وجود می آید كه به آن آب سنگین می گویند. خواص فیزیكی آب سنگین تا حدودی با آب سبك یا آب معمولی تفاوت دارد.با توجه به جانشینی
D
به جای
H
در آب سنگین، انرژی پیوندی پیوند های اكسیژن هیدروژن در آب تغییر می كند و در نتیجه خواص فیزیكی و به ویژه خواص زیست شناختی آب عوض می شود.

تاریخچه تولید آب سنگین

والتر راسل در سال ۱۹۲۶ با استفاده از جدول تناوبی ?مارپیچ? وجود دو تریم را پیش بینی كرد. هارولد یوری یكی از شیمیدانان دانشگاه كلمبیا در سال ۱۹۳۱ توانست آن را كشف كند. گیلبرت نیوتن لوئیس هم در سال ۱۹۳۳ توانست اولین نمونه از آب سنگین خالص را با استفاده از روش الكترولیز تهیه كند. هوسی و هافر نیز در سال ۱۹۳۴ از آب سنگین استفاده كردند و با انجام اولین آزمون های ردیابی زیست شناختی به بررسی سرعت گردش آب در بدن انسان پرداختند.

تولید آب سنگین: در طبیعت از هر ۳۲۰۰ مولكول آب یكی آب نیمه سنگین
HDO
است. آب نیمه سنگین را می توان با استفاده از روش هایی مانند تقطیر یا الكترولیز یا دیگر فرآیندهای شیمیایی از آب معمولی تهیه كرد. هنگامی كه مقدار
HDO
در آب زیاد شد، میزان آب سنگین نیز بیشتر می شود زیرا مولكول های آب هیدروژن های خود را با یكدیگر عوض می كنند و احتمال دارد كه از دو مولكول
HDO
یك مولكول
H2O
آب معمولی و یك مولكول
D2O
آب سنگین به وجود آید. برای تولید آب سنگین خالص با استفاده از روش های تقطیر یا الكترولیز به دستگاه های پیچیده تقطیر و الكترولیز و همچنین مقدار زیادی انرژی نیاز است، به همین دلیل بیشتر از روش های شیمیایی برای تهیه آب سنگین استفاده می كنند.

كاربرد های آب سنگین

آب سنگین در پژوهش های علمی در حوزه های مختلف از جمله زیست شناسی، پزشكی، فیزیك و... كاربردهای فراوانی دارد كه در زیر به چند مورد آن اشاره می كنیم.

طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته: در طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته
NMR
هنگامی كه هسته مورد نظر ما هیدروژن و حلال هم آب باشد از آب سنگین استفاده می كنند. در این حالت چون سیگنال های اتم هیدروژن مورد نظر با سیگنال های اتم هیدروژن آب معمولی تداخل می كند، می توان از آب سنگین استفاده كرد، زیرا خواص مغناطیسی دوتریم و هیدروژن با هم تفاوت دارد و سیگنال دوتریم با سیگنال های هیدروژن تداخل نمی كند.

كند كننده نوترون

آب سنگین در بعضی از انواع رآكتورهای هسته ای نیز به عنوان كند كننده نوترون به كار می رود. نوترون های كند می توانند با اورانیوم واكنش بدهند.از آب سبك یا آب معمولی هم می توان به عنوان كند كننده استفاده كرد، اما از آنجایی كه آب سبك نوترون های حرارتی را هم جذب می كنند، رآكتورهای آب سبك باید اورانیوم غنی شده اورانیوم با خلوص زیاد استفاده كنند، اما رآكتور آب سنگین می تواند از اورانیوم معمولی یا غنی نشده هم استفاده كند، به همین دلیل تولید آب سنگین به بحث های مربوط به جلوگیری از توسعه سلاح های هسته ای مربوط است. رآكتورهای تولید آب سنگین را می توان به گونه ای ساخت كه بدون نیاز به تجهیزات غنی سازی، اورانیوم را به پلوتونیوم قابل استفاده در بمب اتمی تبدیل كند. البته برای استفاده از اورانیوم معمولی در بمب اتمی می توان از روش های دیگری هم استفاده كرد. كشورهای هند، اسرائیل، پاكستان، كره شمالی، روسیه و آمریكا از رآكتورهای تولید آب سنگین برای تولید بمب اتمی استفاده كردند.با توجه به امكان استفاده از آب سنگین در ساخت سلاح هسته ای، در بسیاری از كشورها دولت تولید یا خرید و فروش مقدار زیاد این ماده را كنترل می كند. اما در كشورهایی مثل آمریكا و كانادا می توان مقدار غیر صنعتی یعنی در حد گرم و كیلوگرم را بدون هیچ گونه مجوز خاصی از تولید كنندگان یا عرضه كنندگان مواد شیمیایی تهیه كرد. هم اكنون قیمت هر كیلوگرم آب سنگین با خلوص ۹۸۹۹درصد حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ دلار است. گفتنی است بدون استفاده از اورانیوم غنی شده و آب سنگین هم می توان رآكتور تولید پلوتونیوم ساخت. كافی است كه از كربن فوق العاده خالص به عنوان كند كننده استفاده شود از آنجایی كه نازی ها از كربن ناخالص استفاده می كردند، متوجه این نكته نشدند در حقیقت از اولین رآكتور اتمی آزمایشی آمریكا سال ۱۹۴۲ و پروژه منهتن كه پلوتونیوم آزمایش ترینیتی و بمب مشهور ?
Fat man
? را ساخت، از اورانیوم غنی شده یا آب سنگین استفاده نمی شد.

آشكار سازی نوترینو

رصد خانه نوترینوی سادبری در انتاریوی كانادا از هزار تن آب سنگین استفاده می كند. آشكار ساز نوترینو در اعماق زمین و در دل یك معدن قدیمی كار گذاشته شده تا مئون های پرتو های كیهانی به آن نرسد. هدف اصلی این رصدخانه یافتن پاسخ این پرسش است كه آیا نوترینوهای الكترون كه از همجوشی در خورشید تولید می شوند، در مسیر رسیدن به زمین به دیگر انواع نوترینوها تبدیل می شوند یا خیر. وجود آب سنگین در این آزمایش ها ضروری است، زیرا دوتریم مورد نیاز برای آشكارسازی انواع نوترینوها را فراهم می كند.

آزمون های سوخت و ساز در بدن

از مخلوط آب سنگین با ۱۸
O H2
آبی كه اكسیژن آن ایزوتوپ ۱۸
O
است نه ۱۶
O
برای انجام آزمایش اندازه گیری سرعت سوخت و ساز بدن انسان و حیوانات استفاده می شود. این آزمون سوخت و ساز را معمولا آزمون آب دوبار نشان دار شده می نامند.

تولید تریتیم

هنگامی كه دوتریم رآكتور آب سنگین یك نوترون به دست می آورد به تریتیم ایزوتوپ دیگر هیدروژن تبدیل می شود. تولید تریتیم به این روش به فناوری چندان پیچیده ای نیاز ندارد و آسان تر از تولید تریتیم به روش تبدیل نوترونی لیتیم ۶ است. تریتیم در ساخت نیروگاه های گرما هسته ای كاربرد دارد.

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از ۷۵ اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به عنوان یک لینک به جای

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.


×
×
  • جدید...