جدول ال فكرة
ما هو الماء الثقيل؟ يختلف الماء الثقيل عن الماء العادي لأن الصيغة الكيميائية للماء العادي أو ما يسمى بالماء الخفيف هي H2O لأنها تتكون من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين ، والماء الثقيل يختلف عن الماء ، سنضعه في الشرح في الأسطر القليلة التالية وتعرض لك معلومات مختلفة حول هذا الموضوع.
المحتويات
ما هو الماء الثقيل؟
الماء الثقيل هو أكسيد الديوتيريوم بالصيغة الكيميائية D2O. كما أوضحنا ، يتكون الماء النقي أو الماء الخفيف من ذرتين من الأكسجين وذرة أكسجين واحدة. يحتوي الهيدروجين على ثلاثة نظائر وهي كالتالي:
- الروتيوم هو هيدروجين طبيعي ، والنواة في هذا النوع هي بروتين.
- الديوتيريوم في هذا النوع ، تحتوي النواة على بروتين ونيوترون.
- التريتيوم ، ويتكون من 1 بروتون و 2 نيوترون.
تم العثور على الماء الثقيل من قبل العالم هيرالد كلايتن آري في عام 1931 ، وهذا هو سبب حصوله على جائزة نوبل في الكيمياء لهذا الاكتشاف ، ثم أعد لويس ودونالد قطرات من الماء الثقيل في عام 1933 أثناء إجراء تحليل كيميائي للماء لفترة طويلة. .
عندما يتحلل الماء بالكهرباء ، يتراكم الغاز بالقرب من القطب السالب ، والغاز المتكون هو الهيدروجين ، والماء الناتج يتم إثرائه بأكسيد الديوتيريوم ، ومع التحليل المتكرر ، فهذا سبب للحصول على ما هو الديوتيريوم والأكسجين وصيغته الكيميائية كما أوضحنا ، D2O واسمه العلمي هو أكسيد الديوتيريوم.
انظر أيضًا: الماء مصنوع من الهيدروجين كيفية صنع الماء
معلومات مهمة عن الماء الثقيل
بعد أن تعرف ما هو الماء الثقيل؟ هناك الكثير من المعلومات التي تحتاج إلى معرفتها لفهم المقارنة بينها وبين المياه العادية وهذه المعلومات كالتالي:
- وزن جزء منه أكبر من وزن الماء العادي لأنه M = 18 بالوزن الطبيعي بينما M = 20 في الماء الثقيل ؛ هذا هو سبب تسميته بالماء الثقيل.
- من حيث كثافته ، وكذلك نقطة التجمد ، فهو أعلى من كثافة الماء العادي.
- أظهرت الدراسات أن جميع تصريفات المياه الطبيعية مثل الأنهار والأمطار والبحار والمحيطات تحتوي على ماء ثقيل ، ولكن بنسب صغيرة ، في كل 6760 ذرة واحدة من الماء الثقيل.
استخدام الماء الثقيل
للماء الثقيل استخدامات عديدة ومختلفة مثل تحريك النيوترونات ، كما أنه يستخدم في الأعمال الباردة ، وهناك استخدامات لا حصر لها وهي كالتالي:
- يتم استخدامه في المفاعلات النووية.
- يعتبر وسيلة لإنتاج الديوتيريوم.
- إنه كاشف لأداء عملية التمثيل الضوئي ، وكذلك عملية التنفس.
- يتم الاعتماد عليها لمراقبة المجالات المغناطيسية حول النوى الذرية.
- وهي أيضًا طريقة للتحليل الطيفي المغناطيسي النووي.
- موثوق به لإنتاج العديد من العناصر المشعة.
- يتم استخدامه في تحليل الأشعة تحت الحمراء.
- يستخدم بشكل أساسي في المفاعلات النووية لأنه يبطئ النيوترونات السريعة التي تهدف إلى تفاعلها مع نظير 235U وليس نظير 238U.
- وهي إحدى الطرق المستخدمة لمعرفة التمثيل الغذائي للجلد والحيوانات.
- إنه المكون الرئيسي والمكون النشط في تفاعلات الاندماج النووي
خصائص الماء الثقيل
بعد الاجابة على السؤال ما هو الماء الثقيل؟ من الضروري معرفة خواص الماء الثقيل الذي يميزه عن الماء الخفيف كالتالي:
- الكتلة الجزيئية 20.02 جم / مول.
- كثافته 1.107 جم / مل.
- نقطة الانصهار 3.82 درجة مئوية ونقطة الغليان 101.4 درجة مئوية.
- عزم ثنائي القطب 1.87 د.
- عديم اللون.
- عند وضعه في درجة حرارة الغرفة ، فهو سائل عديم الرائحة.
- نظرًا لأن كثافته أعلى من الماء العادي ، يمكن لمكعب ثلج من هذه المياه أن يغرق في ماء أخف.
- عند مزجه بالماء الخفيف ، فهو وسيلة للحصول على خليط متجانس.
- بسبب الاختلاف في بعض الذرات ، فإنه يؤدي إلى سلوك كيميائي مختلف عن الماء الخفيف.
- إذا تغيرت خصائص المذيب ، فقد يؤثر ذلك على الأنظمة البيولوجية لاحتوائه على الديوتيريوم.
- في حالة التفكك ، يمكن أن يتفكك الماء النقي أسرع من الماء الثقيل.
طرق صنع الماء الثقيل
أما عن طرق تحضير هذه المياه فهي تحتاج إلى أخصائي كيميائي حتى يتمكن من القيام بكل الخطوات بالطريقة الصحيحة وإجراء هذا الربط وتتم هذه الطرق على النحو التالي:
- من أجل إنتاجه ، فإنه يتطلب فترة أطول من التحليل الكهربائي.
- يجب استخدام المياه القلوية حتى تخدم الغرض المطلوب.
- ما تحتاجه لصنع هذا الماء هو إلكتروليت ، والكاثود عبارة عن حاوية فولاذية والأنود عبارة عن لوحة نيكل بها ثقوب.
- عادة ، يتم إجراء التحليل من خلال سبع قواعد ، ويتم استخدام غاز ثاني أكسيد الكربون للتحليل.
- تستمر هذه العملية لفترة طويلة حتى يتم تكوين ماء ثقيل.
انظر أيضًا: متى يطفو الجسم على سطح الماء
المزايا الرئيسية للمياه الثقيلة
بعد أن تعرف إجابة السؤال ما هو الماء الثقيل؟ يجب أن تدرك أن هناك العديد من الفوائد المختلفة التي تنفرد بها هذه المياه وهذه الفوائد هي كما يلي:
- تحتوي نواة ذرة الديوتيريوم على بروتون واحد ونيوترون واحد ؛ وبسبب هذا ، يصبح أثقل مرتين من البروتيوم ، وهو بديل الهيدروجين في الماء العادي ورمزه الكيميائي هو 1H.
- كتلته ليست أكبر بكثير من الماء الخفيف ؛ لهذا السبب ، يُعزى حوالي 89٪ من الكتلة الجزيئية في جزيء الماء إلى الأكسجين.
- بالنسبة لكتلته ، فهو يفوق الماء بنسبة تصل إلى 11٪.
- إن ارتباط المكونات بـ D2O أقوى من ارتباط H2O.
- نظرًا لأن ذرة الديوتيريوم لا تخضع للاضمحلال الإشعاعي ، فهي ليست مشعة.
- استهلاك الكثير منه يمكن أن يسمم الكائنات الحية.
أنواع الماء الثقيل
هذه المياه لها العديد من الأنواع المختلفة. لهذا السبب ، لها أيضًا العديد من الاستخدامات المختلفة ، وهذه الأنواع هي كما يلي:
الماء ثقيل تقريبا
يحتوي هذا النوع على رمز كيميائي وهو HDO ويتكون من 1 بروتيوم و 1 ديوتيريوم وذرة أكسجين واحدة وذرات ماء دائمًا تتبادل ذرات الهيدروجين مع بعضها البعض وهذا يشير إلى أن الماء شبه الثقيل موجود في ذرات الماء التي تحتوي على البروتيوم والديوتيريوم. تتطلب هذه العينة 50٪ ماء شبه ثقيل ، و 25٪ ماء ثقيل ، و 25٪ ماء عادي لأنه لا بد من وجود توازن ديناميكي بين العينات وبعضها.
ماء الأكسجين الثقيل
وهو نظير أثقل من الماء وهذا الماء له كثافة أعلى من الماء العادي ولهذا السبب أصبح أحد أنواعه ، يستخدم الماء الثقيل الأكسجين الذي يحتوي على نظير 18 O أكسجين لتكوين نظير 18F فلور وكذلك يتم استخدامه في المنتجات الصيدلانية المشعة والمواد المشعة المختلفة.
المياه المتبادلة
رمزه الكيميائي هو T2O وهو أحد أشكال المياه المشعة ويحتوي على التريتيوم. نظرًا لاسمه الثقيل جدًا ، يمكن لهذه المياه تحديد الحجم الكلي للماء في الجسم بشكل موثوق ، أما بالنسبة لكتلة الماء فهي 22.03 جرام وكثافته 1.85 جم / مل.
أنظر أيضا: تسمى الحركة المستمرة للماء بين سطح الأرض والهواء
القدرة على استخدام الماء الثقيل للشرب
قدمنا لك إجابة على سؤال ما هو الماء الثقيل؟ كما يجب أن تعرف ما إذا كان يمكن استخدام هذه المياه للشرب ، لأننا وجدنا أنه من خلال مناقشة هذه المياه أظهرنا استخدامها في المفاعلات النووية وفي الإشعاع الذي لا يمكن تعويضه ، وهو الاستخدام الرئيسي لها ، وهذا يعني أنه يمكن استخدامها. تؤدي إلى مشاكل صحية إذا كنت في حالة سكر
لكن هناك نوع من الماء النقي المشع لا يحتوي على إشعاع ولا مواد ضارة بالصحة ، ويمكن شربه ولكن بكميات قليلة ، حيث أن الإفراط فيه يمكن أن يسبب تسممًا للكائنات الحية ، فلا ينبغي استهلاك هذه المياه من أجل لفترة طويلة ، سيكون الذهب سببًا لمشاكل صحية لا حصر لها لجميع الكائنات الحية ، وليس البشر فقط ، والمشكلات التي تؤدي إلى اضطراب ضغط الدم والشعور بالدوار الذي لا يؤدي إلى الموت.
سبب عدم صلاحية هذه المياه للشرب هو أن الديوتيريوم لا يعتبر نظيرًا جيدًا للهيدروجين في الماء ، كما أن استهلاك 25٪ من البروتيوم يؤدي إلى العديد من المشاكل الصحية بما في ذلك التسبب في العقم ، وإذا تناولت كمية كافية ، فأنت تأكل 50٪ فهذا يؤدي إلى حتى الموت.
لهذا السبب من الأفضل الابتعاد عنه ، فنحن نعلم أن الكميات الصغيرة منه لن تسبب مشكلة ، لكنها بشكل عام شديدة الخطورة على الصحة ، والتي يمكن أن تؤدي إلى الوفاة.[1]
عملية إنتاج الماء الثقيل
هناك العديد من الطرق المختلفة التي يمكن الاعتماد عليها في التصنيع حيث تحدثنا فقط عن الطريقة الكهربائية ومن بين هذه الطرق ما يلي:
- عن طريق التبديل مع كبريتيد الهيدروجين.
- طريقة التقطير التجزيئي.
- حسب طريقة كوردلر – سبيفاك.
- يتم تقطير الميثان ؛ تمنحك هذه العملية 99.75٪.[2]
الاستخدام البيولوجي للمياه الثقيلة
يعتبر استخدام هذا الماء بتركيز عالٍ من أسباب خفض ضغط الدم ، كما أنه من أكثر الوسائل الموثوقة لحماية الفئران من أشعة جاما ، وعند استخدامه بتركيزات عالية يعتبر وسيلة لاحتجاز النيوترون بالبورون لأنه يمكنه اختراق مركبات البورون المرتبطة بالخلايا الخبيثة.
شاهد أيضاً: أهمية الماء في جسم الإنسان
أخيرًا ، أجبنا على سؤال مهم: ما هو الماء الثقيل؟ كما أوضحنا لكم المعلومات الأساسية عن هذه المياه والطرق المختلفة المستخدمة في معالجتها ، وخاصة الطريقة الكهربائية ، وكذلك استخدام هذه المياه البيولوجية وغيرها وأنواعها المختلفة.