氫有兩種重要的同位素和氚[chuān],俗稱重氫和超重氫,它們分別與氧結合而成的水叫重水和超重水。
超重水(Tritium 氧化物),是一種無機化合物,由兩個氚和一個氧組成,故又稱一氧化二氚,其化學式為T2O或3H?O。氚是氫的放射性同位素,氚原子核由一個質子和兩個中子組成,半衰期約12年,水在地球上的總重大約是一百三十六億億噸,超重水在天然水中極其稀少,其比例不到十億分之一。若要制取1公斤的重水需要超過100萬噸的天然水和大量的電能,因此超重水成本比黃金高上百倍,比重水提取成本高上萬倍。
超重水不應該和重水混淆,差別于超重水是T2O或H2O;而重水是D2O或H2O。
重水特點
重水(heavy H?O)是由氘和氧組成的化合物。分子式DO,分子量20.0275,比普通水(HO)的分子量18.0153高出約11%,因此叫做重水。在天然水中,重水的含量約占0.015%。由于氘與氫的性質差別極小,因此重水和普通水也很相似。重水的離子積常數為1.6*10-15。常用來做核反應的減速劑。
超重水與重水的區別
超重水易與重水混淆,差別是:超重水是TO;而重水是DO
其它超重水
半重水
有另一種重水稱為半重水,HDO,它只有一個氫原子是多一個中子的重氫。一般的半重水都并不純正,通常是50%HDO,25%的HO 及 25%的DO。
重氧水是由比氧-16重的同位素或放射性同位素和氫組成的分子,有很多種。
氧-18水
氧-18水是指由氧-18和氫組成的分子,化學式為HO。
極重水
極重水是指由氫的放射性同位素氫-4和氧組成的水分子,化學式為HO,這種分子可能只在理論上存在,因為H的半衰期為9.93696×10秒,可能還來不及反應就已經衰變了。
制備
自然界中幾乎沒有超重水的蹤跡,無法從普通水中獲取,只能用人工方法制造。制造重水的一般方法是把鋰的同位素放在反應堆中,在中子的作用下,使鋰的原子核發生轉變,生成超重氫、氫化鋰和氘化鋰等,再用復雜的化學方法把超重氫分離出來,和氧化合生成超重水。
生產超重水的速度異常緩慢。按目前生產水平,一座巨型工廠工作兩年,僅能生產出幾公斤重水。而且生產一公斤超重氫就要耗去將近十噸的原子燃料,所以超重水的價格是重水的幾千倍。
應用
因為超重水有放射性,因而可以在生物或化學的研究過程中作為“示蹤原子”。例如,要了解病人體內水分循環情況時,可讓病人喝一點含微量重水的茶水,半小時后,就會發現尿有放射性,一直到十四天以后才消失。說明水在人體里停留的時間是十四天。如果要了解化學反應中水的來龍去脈,也可以加上微量的超重水,就會清楚地告訴人們,水在化學反應過程中的行蹤。
由于超重水會衰變,其半衰期約12年,因此,它還可以用來判斷各種水基液體的年齡,如葡萄酒。
超重水也可以用來測量水在一個人的身體的總體積。超重水分配本身到所有身體腔室相對較快。尿液中國足球協會超級聯賽重水濃度和體內的濃度相近。因此,已知原來超重水的攝入和濃度,可以計算出水在人體內的總體積。
重水和超重水又可以當作氫彈的“炸藥”。因為重氫和超重氫可以在幾千萬度的高溫下發生聚合反應,同時放出比原子彈還大得多的能量。氫彈比原子彈的威力大得多就是這個原因。
重水和超重水蘊藏的能量,可以說在世界上是無與倫比的。據理論上的計算,一克重氫全部發生聚合反應,可以放出相當于十萬千瓦小時的能量。如果把一噸海水中所含的重水全部提煉出來,并使其中的重氫都發生聚合反應,那么,產生的能量就相當于一座15萬千瓦的發電廠一晝夜所發出的電力。
參考資料 >