Kraftigt vand

Identifikation
Kraftigt vand


Tungt vandmolekyle
Synonymer	deuteriumoxid
N o CAS	7789-20-0
N o ECHA	100.029.226
N o EF	232-148-9
SMILE	O ([2H]) [2H] PubChem , 3D-visning
InChI	InChI: 3D-visning InChI = 1 / H2O / h1H2 / i / hD2
Kemiske egenskaber
Formel	²H 2 O
Molar masse	20,0276 ± 0,0003 g / mol ²H 20,11%, O 79,89%,
Dipolært øjeblik	1,84 D
Fysiske egenskaber
T ° fusion	3,81 ° C
T ° kogning	101,4 ° C
Volumenmasse	1,10448 g · cm -3 ( 25 ° C )
Mættende damptryk	2.740 kPa ( 25 ° C )
Kritisk punkt	370,74 ° C 21,941 MPa 56,3 cm 3 · mol -1
Optiske egenskaber
Brydningsindeks	${\ textit {n}} _ {{D}} ^ {{25}}$ 1.32841

Enheder af SI og STP, medmindre andet er angivet.

Den tungt vand eller deuteriumoxid D 2 O (eller 2 H 2 O) er fremstillet af de samme kemiske elementer , at vandet regelmæssig H 2 O(eller 1 H 2 O), men dens hydrogenatomer er tunge isotoper af deuterium (den kerne af deuterium har en neutron foruden proton til stede i enhver hydrogenatom). Det var Gilbert Lewis, der isolerede den første prøve af rent tungt vand i 1933 .

Den semi-tungt vand , eller tungt vand , er det blandet oxid HDO (eller 1 H 2 HO). I oceaner , have og overfladevand er det meget rigere end tungt vand. Nogle gange taler vi forkert om tungt vand i stedet for semi-tungt vand .

Bemærkninger:

når man fremkalder tungt vand eller semi-tungt vand, inden for kerneenergi i særdeleshed, man ofte betegnes som lys vand den oxid af protium ( 1 H 2 O) eller naturligt vand (det væsentlige består af dette oxid);
vand dannet af ilt 18 og almindeligt brint ( H 2 18 O) i det væsentlige har samme masse som deuteriumoxid og kan derfor også kaldes tungt vand (i praksis er dette sjældent tilfældet, medmindre det udtrykkeligt er angivet); denne forbindelse vil ikke blive diskuteret her ;
tritium oxid T 2 O (eller 3 H 2 O) og tritieret vand HTO (eller 1 H 3 HO) er undertiden benævnt super tungt vand .

Sammenligningsegenskaber for tungt, halvtungt og let vand

Karakteristika nedenfor blev målt ved standard atmosfærisk tryk .

Ejendom	Kraftigt vand D 2 O	Semi-tungt vand HDO	Let vand H 2 O
Frysetemperatur	3,81 ° C	2,04 ° C	0,00 ° C
Kogetemperatur	101,42 ° C	100,7 ° C	99,995 ° C
Densitet ved 20 ° C ( kg / l )	1.1056	1.054	0,9982
Temperatur, hvor densiteten er maksimal	11,6 ° C		4,0 ° C
Viskositet ved 20 ° C ( Pa · s )	1.246 7 × 10 −3	1.124 8 × 10 −3	1.001 6 × 10 −3
Overfladespænding ved 25 ° C ( N / m )	7.187 × 10 −2	7.193 × 10 −2	7.198 × 10 −2
Enthalpi af dannelse i luftformig tilstand ( kJ / mol )	−249,20		−241,83
Latent fusionsvarme ( kJ / mol )	6.132	6.227	6.00678
Latent fordampningsvarme ( kJ / mol )	41.521		40.657
pH ved 25 ° C	7.43	7,266	6.996

Vi vil have bemærket, at D 2 O er tættere end HDO, i sig selv tættere end almindeligt vand, deraf navnet på "tungt" , "halvtungt" og "let" vand .

Anvendelser

Kernemagnetisk resonans

Deuteriumoxidet anvendes i spektroskopi ved hjælp af nuklear magnetisk resonans (NMR). Eftersom resonansfrekvensen for deuterium er forskellig fra den for den almindelige proton, forstyrrer dette opløsningsmiddel ikke målingen.

Neutron moderator

Tungt vand anvendes i nogle sektorer af atomreaktorer som en neutronmoderator for at bremse neutronerne fra nuklear fissionsreaktioner . De langsommere neutroner har derefter en højere sandsynlighed for at forårsage nye fissioner af urankerner , hvilket muliggør kædereaktionen .

Forskellige typer kernereaktorer bruger naturligt uran med vand under tryk i moderation med tungt vand:

den Canadian- designet CANDU reaktor og dets derivater;
de to reaktorer med tungt vand under tryk (PHWR) i Atucha-atomkraftværket ( Argentina ) af tysk design Siemens / Kraftwerk Union .

"Classic" vand (H 2 O) kan også sænke neutronerne i en fissionsreaktion, men det absorberer for mange af dem til, at reaktionen er selvbærende i en naturlig uranreaktor. Det kan derfor kun bruges med reaktorer, der bruger beriget uran .

Neutrino detektor

Den Sudbury Neutrino Observatory , SNO (Ontario, Canada ), anvender tusind tons tungt vand i en tank begravet i en mine mere end to kilometer under jorden for at blive beskyttet mod kosmiske stråler . SNO registrerer Cherenkov-effekten, der produceres, når en neutrino interagerer med tungt vand.

Toksicitet

Tungt vand betragtes ikke som giftigt . Imidlertid kræver nogle metaboliske reaktioner konventionelt vand, hvorfor det eksklusive forbrug af tungt vand kan betragtes som farligt for helbredet.

Eksperimenter med mus har vist, at hovedeffekten af dette forbrug er at reducere antallet af mitoser , hvilket gradvist forårsager nedbrydning af væv, der kræver hurtig regenerering. Efter flere dages indtagelse af tungt vand alene indeholder kropsvæsker ca. 50% tungt vand. På dette tidspunkt begynder symptomerne at dukke op, herunder reduceret celledeling , især for celler, der hurtigt fornyes, såsom celler i håret eller væggene i maven.

Produktion

På jorden er semi-tungt vand (HDO) naturligt til stede i vand i en andel på 0,03125% eller et molekyle til 3200 vandmolekyler. Det kan adskilles fra konventionelt vand ved destillation eller elektrolyse , men også ved forskellige kemiske udvekslingsprocesser, der udnytter deuterium og brint forskellige affiniteter til forskellige forbindelser. Disse kemiske reaktioner er baseret på den lille forskel i molekylvægt , hvilket giver en lille forskel i den hastighed, hvormed kemiske reaktioner opstår.

Producering af rent tungt vand ved destillation eller elektrolyse kræver en stor kaskade af stillbilleder eller elektrolysekamre og forbruger store mængder elektricitet, hvorfor kemiske metoder som Girdler-processen generelt foretrækkes.

Argentina

Det Argentina er en producent sagde tungt vand, denne komponent er indeholdt i reaktivering plan for argentinske atomprogram annonceret i august 2006 af præsident Nestor Kirchner . De bruger teknologi Sulzer i anlægget (e) i Arroyito .

Canada

The Atomic Energy of Canada Limited (AECL) har designet en atomreaktor kræver store mængder tungt vand, der anvendes som en neutron-moderator . Efter at have oplevet forsyningsvanskeligheder under idriftsættelse af Pickering atomkraftværket , Ontario Hydro konstruere Bruce tungt vand anlæg for at sikre en pålidelig indenlandsk forsyning for nuværende og fremtidige anlæg. De to anlægsenheder blev lukket ned i 1985 på grund af manglende afsætningsmuligheder.

AECL bestilte to anlæg til produktion af tungt vand, der blev bygget i Glace Bay og Port Hawkesbury , Nova Scotia . Disse fabrikker viste sig at have design-, konstruktions- og produktionsfejl. Opførelsen af et andet anlæg, La Prade-anlægget nær Gentilly-atomkraftværket i Quebec , blev stoppet i august 1978 på grund af overskydende tungt vand.

Bruce County produktionsanlæg for tungt vand i Ontario var det største tungtvandsanlæg i verden med en kapacitet på 700 tons om året. 340.000 tons normalt vand var nødvendigt for at producere et ton tungt vand ved hjælp af Girdler-processen . Dette anlæg var en del af et kompleks, der omfattede de otte CANDU-reaktorer, der leverede varmen og kraften til produktion af tungt vand. Faciliteterne blev bygget på Point Douglas i Bruce County over Huron-søen, hvor de havde adgang til farvandet i de amerikanske-canadiske Great Lakes .

Bruce-anlægget blev bestilt i 1979 til at levere tungt vand for at imødekomme øget atomkraftproduktion i Ontario. Fabrikkerne viste sig at være betydeligt mere effektive end forventet, og kun tre af de fire enheder blev bygget. I 1993 blev Ontario Hydros atomprogram bremset og derefter lukket ned på grund af overproduktion af elektricitet.

Mere parsimonious forbrug og genanvendelse af tungt vand samt overproduktion i Bruce har efterladt Canada med store lagre tungt vand, der er tilstrækkelige til at imødekomme fremtidige behov. Bruce-anlægget blev lukket i 1997 for gradvist at blive demonteret og stedet ryddet op.

Girdler-processen bruger store mængder hydrogensulfid , hvilket skaber miljøhensyn, hvis den frigives i atmosfæren . AECL undersøger i øjeblikket andre mere effektive og miljøvenlige processer til produktion af tungt vand. Denne produktion er afgørende for fremtidige CANDU-reaktorer, da tungt vand udgør ca. 20% af den økonomiske investering i hver reaktor.

Frankrig

Det første produktionsanlæg var ONIA ( National Office of Nitrogen Industries ) i Toulouse , overfor AZF . Mængder på to til tre ton tungt vand pr. År blev produceret på dette sted i Toulouse, som tyskerne havde valgt i 1943 ved at bygge et stort underjordisk kabinet i midten af industriområdet i forventning om produktion fra slutningen af 1944, som ikke aldrig tog sted.

Frankrig producerede tungt vand i meget lave proportioner mellem 1958 og 1963 .

Produktionen fortsatte på søsterstedet for Mazingarbe (Pas-de-Calais) indtil 1971 . Hovedklienten var CEA ( Commissariat à l'énergie atomique ) for sine eksperimentelle behov og for det eksperimentelle atomkraftværk i Monts d'Arrée i Brennilis, som blev lukket ned og blev dekonstrueret.

Indien

Den Indien er den anden tungt vand producent i verden gennem sin Heavy Water Board (en) .

Norge

I 1934 , Norsk Hydro byggede den første kommercielle produktion af tungt vand anlæg i Vemork , Norge , med en kapacitet på tolv tons om året. Under Anden Verdenskrig besluttede de allierede at ødelægge fabrikken for at forhindre Tyskland i at udvikle atomvåben .

I 1942 mislykkedes et angreb fra engelske faldskærmsudspringere i denne mission, deres svævefly styrtede ned nær stedet. Alle dets medlemmer dør i ulykken eller dræbes af tyskerne.

I februar 1943 faldskærmede en gruppe på tolv norske agenter fra England til Norge; kommandoen, som Joachim Ronneberg var en del af , saboterede Vemork- fabrikken om natten den 27. til 28. februar 1943 og formåede at afbryde produktionen i to måneder ved at dynamisere faciliteterne. Det16. november 1943, kastede de allierede mere end fire hundrede bomber på produktionsstedet, hvilket fik den nazistiske regering til at flytte al produktion til Tyskland.

Det 20. februar 1944, Knut Haukelid , en norsk tilhænger, synker færgen med tungt vand på Tinn-søen ( Tinnsjå på norsk). Denne sabotage kostede fjorten norske civile (og fire tyskere) liv. Det blev demonstreret efter krigen, at tungt vand produceret i Norge ikke ville have tilladt fremstilling af beriget uran i tilstrækkelige mængder til fremstilling af et atomvåben.

Historien tjente som en rød tråd i Slaget om tungt vand , en film af Jean Dréville skudt i 1948, og The Heroes of Telemark , en film af Anthony Mann skudt i 1965 og spillet af blandt andre Kirk Douglas , men også i en tv-serie fra 2015 af Per-Olav Sørensen , Kampen om tungtvannet ( The Heavy Water War : The Shadow Soldiers , " The Battle of Heavy Water ").

Andre lande

Det Rumænien om det er en producent og eksportør.

Det traktaten om ikke-spredning kræver underskrivende regeringer til frivilligt at overvåge via Internationale Atomenergiagentur (IAEA) i Wien, over produktion og anvendelse af tungt vand, samt effektiv fysisk beskyttelse. For at forhindre tyveri.

Den plutonium er en normal biprodukt af driften af et tungt vand reaktor, der har råd, som tilrettet (raffinering), en militær produktion program for atomvåben , som gjorde Indien , Israel , den pakistanske og Nordkorea , for at nævne kun dem kendt eller mistænkt for at have gennemført deres program til målet.

Den Iran , medunderskriver af traktaten i 1970 (før revolutionen), har tunge vandplanter og er i øjeblikket (2005) om teknologier til opførelse og drift af tungt vand reaktorer, foruden sine planter lys vand.

Filmografi og videospil

Tungt vand spiller en vigtig rolle i nogle film

Telemarks helte
Hav en god tur , hvor nazisterne vil gribe den til at lave en atombombe. Se Heavy Water Battle- artiklenfor de faktiske fakta om 2. verdenskrig .
Slaget om tungt vand af Jean Dréville (1948). Historien fortæller sabotagemissionen i 1943 mod fabrikken, der destillerede tungt vand til tyskerne i Norge. Filmen er en dokumentation (skiftende arkivbilleder og rekonstruerede scener).

Samt i nogle serier

Papa Schultz : episode 1-09 Tungt vand , Hogan skal fjerne en tønde tungt vand fra Norge, som opbevares i lejren.
Ellevte time : afsnit 1-11 Mirakel , der drejer sig helt om en undersøgelse af tungtvandssyntese.
Saboteurs 2015 ( Kampen om tungtvannet ) gør det til sit centrale emne.
Heavy Water War : seksdelte serier fra 2015.

Dokumentar

Hitlers sunkne hemmelighed , arkæologisk udgravning i Tinn-søen i Norge (søen Tinnsojen eller Tinnsjå på norsk) for at finde den nazistiske tungvandsfærge, der formodes at hjemsende lagre til Tyskland efter de allieredes angreb. Dokumentaren krøniker sabotagen af de norske partisaner, der sank færgen.

Computerspil

Ogame : ressource, der er nødvendig for udvikling.
Alone in the Dark 3 : Slaughter Gulch Mountain indeholder etforurenet vandbord .
Imperion : ressource, der er nødvendig for udvikling.
Eve Online : pladsbaseret brændstof.
Iron Storm : I et ukronisk univers, hvor (første) verdenskrig, der begyndte i 1914, aldrig ville være afsluttet, skal Lt Anderson sabotere et tungt vandanlæg i Østtyskland i 1964 for at forhindre det russisk-mongolske imperium for at udvikle atombomben.
Battlefield 1942: Secret Arsenal : The Telemark Factory er et spilbart felt. Når du kommer ind på fabrikken, kan du se møller spinde. Rør bag fabrikken er synlige.
Hemmelige våben over Normandiet : En af spillets missioner er at dække kommandoen, der sendes for at ødelægge fabrikken.
Medal of Honor : En del af kampagnen finder sted i Norge for at ødelægge et tungt vandværk i Rjukan.
Metal Gear Solid 2: Sons of Liberty : Under kampen mod Vamp i Arsenal er der en pool af tungt vand i rummet.
Fjendefront : Under kapitelets første mission til Norge skal helten samarbejde med norske partisaner for at infiltrere og ødelægge Vemork-fabrikken.
Battlefield V : under kapitel Norge spiller vi som en modstandskæmper, der ødelægger en produktion af tungt vand (denne version er en fiktion baseret på Operation Gunnerside, der involverer de norske og britiske styrker i en række missioner kaldet " Battle of the heavy water ".
Hearts of Iron 4 : Efter at have invaderet Norge som Nazityskland, kan spilleren vælge en beslutning om at starte "Heavy Water" -projektet for at få en atomforskningsbonus.
Minecraft : Heavy Water er til stede iMekanism- modet .

Noter og referencer

Bemærkninger

Når vi i en kemisk formel eller enhver anden sammenhæng bruger symbolerne D og T ( deuterium og tritium ), bliver H symbolet for protium og ikke længere det for det kemiske element brint.

Referencer

(en) Yitzhak Marcus, The Properties of Solvents , vol. 4, England, John Wiley & Sons,1999, 239 s. ( ISBN 0-471-98369-1 ).
beregnet molekylmasse fra " Atomic vægte af elementerne 2007 " på www.chem.qmul.ac.uk .
" EDF modtager grønt lys for at afmontere kernekraftværket i Brennilis " , på www.maxisciences.com ,28. juli 2011.
Nicolas Pontic, " Joachim Ronnebergs død, den norske modstandskæmper bag sabotagen af det nazistiske atomprogram." », Anden Verdenskrig, nr. 81. , December 2018., s. 11
Kaptajn Knut Haukelid, Epic of Heavy Water (Det Demrer en Dag) , Paris, L'Elan,1948, 204 s. , s. 191-194
(i) Samuel Goudsmit , Alsos , New York, Aip Press,1947( Alsos på Google Bøger )
Manfred Popp, " Hvorfor nazisterne ikke havde bomben ," For videnskab , nr . 471,januar 2017, s. 70-77.
(in) " Kampen om tungtvannet " på IMDb .

Se også

Relaterede artikler

Atomreaktor

eksterne links

(en) Martin Chaplin, " Vandegenskaber (inklusive isotopologer) " ,18. oktober 2018(adgang til 25. oktober 2018 ) .

Bibliografi

Savard J., " Konstant niveau elektrolyse af en blanding af let vand og tungt vand ", J. Phys. Radium , n o 5 (5)1944, s. 85-89.
(ja) Oinque Yasusi, " Effekt af tungt vand til vinstokkens knoppebrud " , Journal of the Japanese Society for Horticultural Science , nr . 7 (1),1936, s. 207-208 ( resumé ).
(en) Kushner DJ, Baker A. og Dunstall TG, " Farmakologiske anvendelser og perspektiver på tungt vand og deutererede forbindelser " , Canadian Journal of Physiology and Pharmacology , bind. 77, nr . 21999, s. 79–88 ( resumé ).
Raievski V., “ Transient regimes in a heavy water reactor ”, J. Phys. Radium , nr . 14 (7-9),1953, s. 473-477 ( læs online ).
St-Aubin E., Justering af genindlæse- og reaktivitetsmekanismerne i CANDU-reaktorer til avancerede brændselscyklusser , (ph.d.-afhandling)2013( online præsentation ).