重水または重水素酸化物は、通常の水と同様の化学的性質を持つ液体ですが、質量と密度が大きいため用途が異なります。
水や H2O については誰もが聞いたことがあると思いますが、自然に発生する重水である D2O について知っている人ははるかに少ないです。
重水とは?
重水の謎を解き明かすには、まず同位体の概念を理解する必要があります。元素の原子が核内の中性子の数によって異なる場合、それらは同位体として知られています。水素には次の同位体があります。
プロチウム、重水素、トリチウムの写真 (写真提供:Designua/Shutterstock)
重水素は、標準の水素原子よりも 1 個多い中性子を含む水素の同位体です。各重水素原子に中性子が追加されているため、基本的に通常の水素原子の 2 倍の重さになります。
水 (H2O) の化学構造と同様に、重水または重水素酸化物 (D2O) も水の 1 つの原子に 2 つの原子が結合しています。通常のプロチウム原子の代わりに、重水は 2 つの重水素原子で構成されています。
D2O の分子構造 (写真提供:Shmitt Maria/Shutterstock)
通常の水と同様に、重水は室温で無臭の液体です。さらに、プロチウムに相当する重水素も安定同位体です。これにより、重水が放射性を帯びていないことが保証されます。各重水素原子の分子量は 20 ですが、H2O 原子の分子量はわずか 18 です。重量が大きいため、重水素は水よりも密度が高くなります。固体状態では、D2O のブロックは水に浮くのではなく沈みます。
高密度の重水の立方体は水に沈みます (写真提供:Andrey Armyagov/ Shutterstock)
これは、氷の塊 (H2O) の挙動とは異なります。 D2O と H2O を区別する簡単な方法は、2 つの化合物の重量と密度です。重水は自然に発生しますが、水ほど一般的ではありません。天然の重水と通常の水との比率は、約 1:20,000,000 分子です。 (url – https://energyeducation.ca/encyclopedia/Heavy_water)
重水は何に使われますか?
重水は、重水素やトリチウムなどの特定の化合物の調製に使用できます。重水は原子炉でも利用されます。ウラン 235 との核分裂反応は、これらの原子炉で発生する必要があります。核分裂反応は、中性子が大きな原子核に向けて発射され、その後分裂することです。この分裂の結果、大量のエネルギーが放出されます。
核分裂の様子 (写真提供:general-fmv/Shutterstock)
これらの原子炉では、中性子は信じられないほど速いペースで移動するため、減速する必要があります。原子炉内の中性子の動きが遅くなることで、核分裂反応が効率的に実現します。重水は中性子を減速させることができるため、この反応では中性子減速材として機能します。これにより、核分裂連鎖反応がウラン 235 で機能するようになります。
重水もトレーサー化合物として使用できます。同位体トレーサーは、別の混合物に追加したときに識別できる任意の原子です。このような原子により、科学者は混合物の進行を「追跡」することができます。同位体トレーサーは混合物と互換性がある必要がありますが、混合物で区別することもできます。重水がこのユニークな組み合わせを提供します。
重い水は飲めますか?
はい、数量限定です。
少量であれば、重い水を飲んでも何の影響もありません。重水素は放射性ではないため、D2O を摂取しても害はなく、放射能中毒の心配はありません。重水素原子は小さな割合で自然に発生します。 7000個の水素原子ごとに1個の重水素原子があり、非常にまれです。これらの比率では、D2O を消費しても、人間に身体的な害はありません。味に関しては、重水は通常の水よりもやや甘い味がします.
重水のグラス？ (写真提供:Busra Ispir/Shutterstock)
重水を大量に飲むと、液体の密度の変化に不安を感じることがあります。耳の中の液体の圧力にわずかな変化を感じるかもしれません。ただし、この量でも体に大きなダメージを与えることはなく、深刻な苦痛を引き起こすほどの量の重水を消費できることはめったにありません。ただし、重い水を大量に摂取すると、健康に非常に有害です。
過剰な D2O の消費は致命的となる可能性があります (写真提供者:Korosi Francois-Zoltan/Shutterstock)
水素原子と比較して、重水素原子の質量が大きいため、体内で発生する化学反応に影響を与えます。より重い D2O 分子は、人体で定期的に発生する自然に発生する化学反応を遅くします。重水の量が体内の総水分量の 20% に達すると、致命的となる可能性があります。特定の種類の重水には、重水素原子の代わりにトリチウム原子が含まれています。トリチウムは重く、さらに重要なことに放射性であるため、この種類はさらに有害です。このような液体を摂取すると、身体に害を及ぼし、人間の DNA の完全性に影響を与える可能性があります。
ありがたいことに、主にD2Oを入手するのは非常に困難で費用がかかるため、重水を過剰摂取しているという話はほとんど聞いていません.電気分解を使用すると、純粋な重水を得ることができますが、ほとんどの人はこれらのリソースにアクセスできません. D2O の購入も非常に高価で、100 グラムの液体で 100 ドル以上の価格が設定されています。 (事実 – https://shop.isotope.com/productdetails.aspx?itemno=DLM-4-PK)
