H₂O
¹H × 2- Masă moleculară
- ~18,02 u
- Masă molară
- ~18 g/mol
- Densitate lichid
- ~1,00 g/cm³ (15 °C)
Poate apa să oprească un reactor nuclear?
H₂O și D₂O au același schelet chimic, dar mase nucleare diferite: deuteriu (²H) cântărește aproape dublu față de protium (¹H). De aceea diferențele apar în biologie (schimb izotopic), în reactor (captură de neutroni) și în spectre (frecvențe vibrationale). Alege un mod mai jos.
În organism, apa participă ca solvent și ca sursă de hidrogen în reacții enzimatice. D₂O are proprietăți fizice apropiate de H₂O, dar legăturile O–D sunt mai „grele” decât O–H: unele viteze de reacție scad (efect cinetic izotopic), iar la fracții foarte mari de D₂O apar efecte fiziologice grave. În apă naturală, deuteriul este prezent în ordin de mărime de 140 ppm (aprox. 0,014% din atomii de hidrogen, adică circa o parte D la ~7000 părți H).
Sliderul setează o fracție molară fictivă de D₂O într-un lichid model; grila de celule arată propagarea vizuală, nu un diagnostic.
Referință naturală de deuteriu: ~140 ppm (~0,014%).
Demonstrație educativă. Nu consuma apă grea.
La fisiune se eliberează neutroni foarte energici („rapizi”). Ca să fie folosiți eficient de combustibilul din tije, trebuie încetiniți până la energii termice, proces numit moderație. Moleculele din jurul combustibilului (apă grea sau ușoară) ciocnesc cu neutronii și le scad energia.
Molecula de apă are unghi H–O–H de aproximativ 104,5°. Înlocuind ¹H cu ²H, masa moleculară crește cu peste 10%, dar geometria rămâne apropiată. Spectrele infraroșii și Raman arată frecvențe de vibrație mai joase pentru D₂O; la echilibru lichid, D₂O are densitate mai mare și punct de fierbere ușor peste 100 °C la presiune atmosferică standard.
H₂O ~0 °C · D₂O ~3,8 °C la 1 atm (valori orientative).
Deuteriu natural: ~140 ppm (~0,014%) din hidrogen; apa „normală” conține doar urme de D₂O.
D₂O obișnuit nu e radioactiv; tritiul (³H) e alt izotop, prezent în urme.
La presiune standard, D₂O fierbe la ~101,4 °C — puțin peste H₂O, din cauza legăturilor și masei mai mari (în modelul de legături de hidrogen).
Pentru un oscilator harmonic simplificat, frecvența unui mod depinde de masa redusă μ: f ∝ 1 / √μ.
La D₂O, μ e mai mare decât la H₂O pentru aceleași tipuri de mișcare, deci frecvențe caracteristice mai joase. Sliderul modifică un raport μ simplificat între D₂O și H₂O.
La aceeași temperatură, litrul de D₂O cântărește cu ~11% mai mult decât litrul de H₂O, util la separare izotopică și la procese industriale.
1. La 1 atm, care fierbe la temperatură mai mare?
2. În design CANDU cu uraniu natural, moderatorul tipic este: