Apă grea

Nu confundați cu apă dură sau apă super-grea.

Identificare
Apă grea

Nume IUPAC	Monoxid de deuteriu
Alte denumiri	Oxid de deuteriu / Apă-grea
SMILES
Număr CAS	7789-20-0
ChEMBL	CHEMBL1232306
PubChem CID	24602
Informații generale
Formulă chimică	D₂O
Aspect	lichid transparent, fără culoare (similar cu cel al apei "ușoare")
Masă molară	20,0276±0,0003 g/mol^[1]
Proprietăți
Densitate	1104,48 kg/m³, lichid (25 °C )^[2] 1017,7 kg/m³, solid
Starea de agregare	lichidă
Punct de topire	3,81 °C (276,96 K)^[2]
Punct de fierbere	101,4 °C^[2]
Presiune de vapori	2,740 kPa (25 °C )^[2]
NFPA 704
0 1 1
Sunt folosite unitățile SI și condițiile de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.
Modifică date / text

Apa grea este apă care conține în proporție mult mai mare decât cea normală izotopul deuteriu al hidrogenului sub forma D₂O (²H₂O), sau HDO (¹H²HO).^[3] Proporția normală dintre deuteriu și hidrogen în apa standard VSMOW este de c. 156 ppm. Varietatea HDO mai este cunoscută și drept apă semigrea.

Din punct de vedere al proprietăților macroscopice și chimice apa grea se comportă similar cu apa normală, sau "ușoară", însă atomii de hidrogen constituenți conțin un neutron în plus în nucleu, deoarece deuteriul, sau hidrogenul greu, este un izotop al hidrogenului. Ca urmare, densitatea ei este cu c. 11 % mai mare. Apa grea pură nu este radioactivă.

Există diferite metode pentru a separa apa grea. De disocierea sa electrolitică s-a ocupat inclusiv academicianul Emilian Bratu.

Starea naturală

Apa grea se formează în natură în cantități extrem de mici (150 părți per milion), raportată la apa obișnuită (H₂O). Se găsește în zonele abisale ale oceanelor, unde intră în alcătuirea mediului intern al organismelor abisale, având rol de reglare al metabolismului acestora în condiții de presiune hidrostatică foarte mare și temperaturi scăzute. Proprietățile apei grele sunt diferite de cele ale apei obișnuite, având punctul de fierbere la peste 100 °C (101,4 °C), cel de îngheț de 3,8 °C și densitatea maximă (1,2 g/cm³) la 11,6 °C. Poate fi obținută în laborator prin hidroliză și distilare.^[4]

Utilizare

Apa grea este utilizată în special ca moderator de neutroni în anumite tipuri de reactori nucleari printre care și cei de tip CANDU folosite la Cernavodă. În domeniul științific, o altă utilizare este în detectoarele de neutroni.

Producție

Apa grea este un compus chimic similar cu apa obișnuită, în care atomii de hidrogen sunt înlocuiți de deuteriu, un izotop al hidrogenului care conține un proton și un neutron. În natură apă grea este amestecată cu apă obișnuită în proporție de 1 la 5000. Apa grea pură se obține din apa naturală prin tehnologii de schimb izotopic, distilare sau electroliză.

Schimbul izotopic hidrogen sulfurat-apă

Într-un amestec de hidrogen sulfurat–apă la echilibrul chimic, concentrația deuteriului în apă este mai mare decât în hidrogenul sulfurat. Diferența de concentrație depinde de temperatură. În practică, apă și hidrogenul sulfurat circulă în contracurent, între zone cu temperaturi diferite. În zona rece deuteriul trece din hidrogenul sulfurat (gaz) în apă. Gazul sărăcit în deuteriu este recirculat în zona caldă unde deuteriul trece din apă în hidrogenul sulfurat. Prin repetarea procesului de foarte multe ori concentrația deuteriului poate crește până la 20–30 %.

Distilarea fracționată

Deoarece moleculele de apă obișnuită se evaporă mai repede decât cele de apă grea, prin fierbere apa grea se concentrează în lichid. Prin repetarea succesivă a procesului se poate obține concentrația dorită.

Electroliză

Apa obișnuită disociază mai ușor la trecerea curentului electric decât apă grea. În acest mod se poate obține apă grea de concentrația dorită. La uzinele de producere a apei grele se utilizează combinații ale acestor tehnologii. Deși tehnologiile de producere a apei grele sunt foarte asemănătoare cu cele utilizate la producerea amoniacului sau alcoolului, din cauza randamentelor foarte scăzute realizate în procesele respective, puține țări din lume au construit asemenea instalații din cauza costurilor de investiție și operare foarte mari.^[5]

Țările producătoare de apă grea sunt de obicei țări care dețin reactori nucleari care folosesc apă grea, printre care Argentina, Canada, India, România și China.

Tabel comparativ al proprietăților fizice între apa grea și apa ușoară

Proprietăți	D₂O (Apă grea)	H₂O (Apă ușoară)
Punct de solidificare (°C)	3.83	0.0
Punct de fierbere (°C)	101.72	100.0
Densitate (la 20 °C, g/ml)	1.1056	0.9982
Temperatura maximei densități (°C)	11.6	4.0
Viscozitate (la 20 °C, centipoise)	1.25	1.005
Tensiune superficială (la 25 °C, dyn·cm)	71.93	71.97
Căldură de solidificare (cal/mol)	1.515	1.436
Căldură de vaporizare (cal/mol)	10.864	10.515

În România

Până în anul 2015, România a fost cel mai mare producător de apă grea din Europa.^[6]

Note

^ După Michael E. Wieser, Michael Berglund, Atomic weights of the elements 2007, Pure Appl. Chem., Vol. 81, No. 11, pp. 2131-2156, 2009, doi: 10.1351/PAC-REP-09-08-03
^ ^a ^b ^c ^d en Yitzhak Marcus, The Properties of Solvents, vol. 4, John Wiley & Sons Ltd., 1998, ISBN 0-471-98369-1
^ en IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, Ed. a 2-a („Gold Book”) (1997). Versiune online: (2006-) „heavy water”.
^ Laura Momeu, Mirela Cîmpean, Karina Battes, Hidrobiologie, Presa Universitară Clujeană, 2018. ISBN 978-606-37-0321-8 p. 15
^ C. Firoiu Tehnologia proceselor electrochimice EDP București 1983
^ S-a dus pe Apa Grea a Sâmbetei – moștenirea nucleară pierdută a lui Nicolae Ceaușescu Arhivat în 29 mai 2015, la Wayback Machine., 22 mai 2015, Laurențiu Gheorghe, Adevărul Financiar

Bibliografie

I.G. Murgulescu Introducere în chimia fizică, vol.I, Atomi. Molecule. Legătura chimică, Editura Academiei RSR, București, 1976
A. Leca, I. Prisecaru, Proprietăți termodinamice și termofizice, vol I, 1994

Vezi și

[1] După Michael E. Wieser, Michael Berglund, Atomic weights of the elements 2007, Pure Appl. Chem., Vol. 81, No. 11, pp. 2131-2156, 2009, doi: 10.1351/PAC-REP-09-08-03

[YM-2] Yitzhak Marcus, The Properties of Solvents, vol. 4, John Wiley & Sons Ltd., 1998, ISBN 0-471-98369-1

[3] IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, Ed. a 2-a („Gold Book”) (1997). Versiune online: (2006-) „heavy water”.

[4] Laura Momeu, Mirela Cîmpean, Karina Battes, Hidrobiologie, Presa Universitară Clujeană, 2018. ISBN 978-606-37-0321-8 p. 15

[5] C. Firoiu Tehnologia proceselor electrochimice EDP București 1983

[6] S-a dus pe Apa Grea a Sâmbetei – moștenirea nucleară pierdută a lui Nicolae Ceaușescu Arhivat în 29 mai 2015, la Wayback Machine., 22 mai 2015, Laurențiu Gheorghe, Adevărul Financiar

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

v d m Apă
Prezentări	Date Modele Proprietăți	Water droplet
Stări	Lichid Gheață Vapori Abur
Forme	Ușoară Semigrea Grea Supergrea Hidroniu
Pe Pământ	Circuit Distribuție Hidrosferă Hidrologie Hidrobiologie Origine Poluare Resurse Gestionare Politici Alimentare
Portal Categorie Commons