آب سنگین چیست؟

می‌دانیم که آب معمولی ترکیبی از اکسیژن و هیدروژن است. این آب، دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن دارد و فرمول شیمیایی آن H_۲O است. آب سنگین ترکیبی از دوتریم (ایزوتوپ هیدروژن) و اکسیژن است و به شکل D₂O نشان داده می‌شود.

در واقع هیدروژن دارای سه ایزوتوپ است که عبارتند از:

1. پروتیم (هیدروژن معمولی)
2. دوتریم (هیدروژن سنگین)
3. تریتیم

هسته پروتیم فقط یک پروتون دارد. هسته دوتریم دارای یک پروتون و یک نوترون و هسته تریتیم دارای یک پروتون و دو نوترون است. هیدروژن در طبیعت شامل 99.985 درصد پروتیم، حدود 0.015 درصد دوتریم و حدود  درصد تریتیم است. تریتیم در طبیعت به صورت رادیواکتیو یافت می‌شود. وقتی دوتریم با اکسیژن ترکیب می‌شود، آب سنگین یا اکسید دوتریم بدست می‌آید.

در هر 6760 مولکول آب، فقط یک مولکول آب سنگین وجود دارد. جرم مولکولی آب معمولی حدود 18 است. در حالی که جرم مولکولی آب سنگین 20 است. خواص فیزیکی آب سنگین، بخصوص نقطه انجماد، نقطه جوش و جرم حجمی آن، اندکی با آب معمولی تفاوت دارد.

آب سنگین در سال 1931 میلادی توسط یک شیمیدان آمریکایی به نام هارولد کلایتون اوری کشف شد. او به خاطر این کشف در سال 1934 میلادی جایزه نوبل دریافت کرد. در سال 1933 میلادی دو دانشمند دیگر موفق شدند چند میلی لیتر آب سنگین خالص را از طریق الکترولیز مداوم و طولانی مدت آب بدست آورند.

آب سنگین با الکترولیز آب تهیه می‌شود. در الکترولیز آب، قسمت اعظم گازی که در کاتد تهیه می‌شود هیدروژن است. بنابراین آب باقیمانده، غنی از اکسید دوتریم است. الکترولیز مداوم صدها لیتر آب، موجب تولید آب سنگین خالص می‌شود.

در واکنش‌های هسته‌ای برای کند کردن سرعت نوترون‌ها از آب سنگین استفاده می‌شود. این آب در آزمایشگاه‌ها به عنوان یک ردیاب ایزوتوپی برای مطالعه فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی بکار می‌رود. آب سنگین همچنین برای تهیه دوتریم و سایر ترکیبات آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر این، از این آب به عنوان خنک کننده در واکنش‌های هسته‌ای نیز استفاده می‌کنند.

منابع

1. کتاب چرا، چطور، چگونه؟ نوشته دکتر سونیتا گوپتا و دکتر نینا آگراوال. ترجمه پریسا همایون روز و پریچهر همایون روز. موسسه نشر و تحقیقات ذکر. تیر 1393.