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重水的特性與主要用途
閱讀：2356 發(fā)布時(shí)間：2022-8-10重水（Deuterium oxide）是由氘和氧組成的化合物，也稱(chēng)為氧化氘，分子式D2O，相對(duì)分子質(zhì)量20.0275，比水（H2O）的相對(duì)分子質(zhì)量18.0153高出約11%，因此叫做重水。由于氘與氫的性質(zhì)差別極小，因此重水和普通水化學(xué)性質(zhì)也很相似，重水的離子積常數(shù)為1.6*10-15。在天然水中，重水的含量約占0.02%。重水電解速率比普通水要小，可以用電解法將其提取。重水與普通水沸點(diǎn)有一定差別，因此也可以用蒸餾法進(jìn)行提純。
特性
重水在外觀(guān)上和普通水相似，只是密度略大，為1.1079g/cm3，冰點(diǎn)略高，為3.82℃，沸點(diǎn)為101.42℃。參與化學(xué)反應(yīng)的速率比普通水緩慢、重水的一個(gè)分子是由兩個(gè)重氫原子和一個(gè)氧原子組成，其分子式為D2O，相對(duì)分子質(zhì)量是20。
重水與普通水看起來(lái)十分相像，是無(wú)臭無(wú)味的液體，它們的化學(xué)性質(zhì)也一樣，不過(guò)某些物理性質(zhì)卻不相同。普通水的密度為1g/cm3，而重水的密度為1.056g/cm3；普通水的沸點(diǎn)為100℃，重水的沸點(diǎn)為101.42℃；普通水的冰點(diǎn)為0℃，重水的冰點(diǎn)為 3.8℃。此外，普通水能夠滋養(yǎng)生命，培育萬(wàn)物，而重水則不能使種子發(fā)芽。人和動(dòng)物若是喝了重水，還會(huì)引起死亡。不過(guò)，重水的特殊價(jià)值體現(xiàn)于原子能技術(shù)應(yīng)用中。制造威力巨大的核.武.器，就需要重水來(lái)作為原子核裂變反應(yīng)中的減速劑，作中子的減速劑，也可作為制重氫的材料，普通水中含量約為0.02%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。
重水制成的冰會(huì)沉入水中。
重水主要用于核反應(yīng)堆中作減速劑，它可以減小中子的速率，使之符合發(fā)生裂變過(guò)程的需要。重水也是研究化學(xué)和生理變化中使用過(guò)的材料。濃而純的重水不能維持動(dòng)植物的生命，其致死濃度為60%～80%。
重水和普通水一樣，也是由氫和氧化合而成的液體化合物，不過(guò)，重水分子和普通水分子的氫原子有所不同。我們知道，氫有3種同位素。一種是氕，它只含有一個(gè)質(zhì)子。它和一個(gè)氧原子化合可以生成普通的水分子。另一種是重氫——氘。它含有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。它和一個(gè)氧原子化合后可以生成重水分子。還有一種是超重氫——氚。它含有兩個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子。
重水外觀(guān)上和普通水相似，是無(wú)色、無(wú)嗅無(wú)味的液體。密度比普通水大，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比普通水高，由于重水分子量大，運(yùn)動(dòng)速度慢，所以在高山上的冰雪中，特別是在南極的冰雪中重水含量微乎其微，水（氧化氫）的密度最小，是地球上最輕的水。重水在自然界中分布較少，在普通水中約含重水0.015%。由于含量少，制備難，所以它的售價(jià)較高（約16元/毫升）。
重水雖然在尖.端技術(shù)上是寶貴的資源，但對(duì)人卻是有害的。人是不能飲用重水的，微生物、魚(yú)類(lèi)在純重水或含重水較多（超過(guò)80%）的水中，只要數(shù)小時(shí)就會(huì)死亡。相反，含重水特別少的輕水，如雪水，卻能刺激生物生長(zhǎng)。
主要用途
重水的主要用途是在核反應(yīng)堆中做“減速劑"，減小中子速度，控制核裂變過(guò)程，也是冷卻劑。重水和氘在研究化學(xué)和生理變化中是一種寶貴的示蹤材料，例如，用稀重水灌溉樹(shù)木，可以測(cè)知水在這些植物中每小時(shí)可運(yùn)行十幾米到幾十米。測(cè)定飲過(guò)大量稀重水的人尿中的氘含量，知道水分子在人體中停留時(shí)間平均為14天。用氘代替普通氫，可以研究動(dòng)植物消化和新陳代謝過(guò)程。濃的或純重水不能維持動(dòng)植物生命，重水對(duì)一般動(dòng)植物的致死濃度為60%。
重水的特殊價(jià)值體現(xiàn)于原子能技術(shù)應(yīng)用中，要制造威力巨大的核.武.器，就需要重水作為原子核裂變反應(yīng)中的減速劑。
使用核磁共振分析時(shí)倘若溶劑是水，而研究的對(duì)象是氫，可以使用重水作溶劑。中子減速劑：某些核子反應(yīng)堆使用重水來(lái)減慢中子的速度，讓它們有機(jī)會(huì)與鈾反應(yīng)。輕水亦可以作減速劑，但因?yàn)檩p水會(huì)吸收中子，因此輕水式反應(yīng)堆必須使用濃縮鈾，而不能使用普通鈾，否則將不能達(dá)到臨界質(zhì)量。重水反應(yīng)堆不單可以使用普通鈾，而且會(huì)把鈾-238轉(zhuǎn)化成為可制作核.彈的钚。印度、巴基斯坦、以色列、北朝鮮都是以這樣方法制造核燃料。為了防止核子武.器擴(kuò)散，重水的生產(chǎn)和出售在很多國(guó)家都受到限制。
重水在尖.端科技中有十分重要的用途。原子能發(fā)電站的心臟是原子反應(yīng)堆，為了控制原子反應(yīng)堆中核裂變反應(yīng)的正常進(jìn)行，需要用重水做中子的減速劑．電解重水可以得到重氫，重氫是制氫.彈的原料，中國(guó)已于1967年6月17日成功地爆炸了第一顆氫.彈，增漲了中國(guó)人民的志氣．更重要的是重氫進(jìn)行核聚變反應(yīng)時(shí)，可放出巨大的能量，而且不會(huì)污染環(huán)境．有人計(jì)算推測(cè)，如果將海水中的重氫都用于熱核反應(yīng)發(fā)電，其總能量相當(dāng)于全部海洋都變成了石油。