آب سنگین

آب سنگین نوع خاصی از مولکولهی آب است که در آن یزوتوپهی هیدروژن حضور دارند. ین نوع از آب کلید اصلی تهیه پلوتونیوم از اورانیوم طبیعی است و به همین دلیل تولید و تجارت آن تحت نظر قوانین بین المللی صورت گرفته و بشدت کنترل می شود.

با کمک ین نوع از آب می توان پلوتونیوم لازم بری سلاح هی اتمی را بدون نیاز به غنی سازی بالی اورانیوم تهیه کرد. از کاربردهی دیگر ین آب می توان به استفاده از آن در رآکتورهی هسته ی با سوخت اورانیوم، بعنوان متعادل کننده (Moderator) به جی گرافیت و نیز عامل انتقال گرمی رآکتور نام برد.

آب سنگین واژه ی است که معمولا به اکسید هیدروژن سنگین، D2O یا 2H2O اطلاق می شود. هیدروژن سنگین یا دوتریوم (Deuterium) یزوتوپی پیدار از هیدروژن است که به نسبت یک به 6400 از اتمهی هیدروژن در طبیعت وجود دارد. خواص فیزیکی و شیمییی آن به نوعی مشابه با آب سبک H2O است.

اتم هی دوتریوم یزوتوپ هی سنگینی هستند که بر خلاف هیدروژن معمولی، هسته آنها شامل نوترون نیز هست. جیگزینی هیدروژن با دوتریوم در مولکولهی آب سطح انرژی پیوند هی مولکولی را تغییر داده و طبیعتآ خواص متفاوت فیزیکی، شیمییی و بیولوژیکی را موجب می شود، بطوری که ین خواص را در کمتر اکسید یزوتوپی می توان مشاهده کرد. بعنوان مثال ویسکوزیته (Viscosity) یا به زبان ساده تر چسبندگی آب سنگین به مراتب بیشتر از آب معمولی است.

آب نیمه سنگین
چنانچه در اکسید هیدروژن تنها یکی از اتمهی هیدروژن به یزوتوپ دوتریوم تبدیل شود نتیجه حاصله (HDO) را آب نیمه سنگین می گویند. در مواردی که ترکیب مساوی از هیدروژن و دوتریوم در تشکیل مولکوهی آب حضور داشته باشند، آب نیمه سنگین تهیه می شود. دلیل ین امر تبدیل سریع اتم هی هیدروژن و دوتریوم بین مولکولهی آب است، مولکول آبی که از 50 درصد هیدروژن معمولی (H) و 50 درصد هیدروژن سنگین(D) تشکیل شده است، در موازنه شیمییی در حدود 50 درصد HDO و 25 درصد آب (H2O) و 25 درصد D2O خواهد داشت.

نکته قابل توجه آن است که آب سنگین را نبید با با آب سخت که اغلب شامل املاح زیاد است و یا یا آب تریتیوم (T2O or 3H2O) که از یزوتوپ دیگر هیدروژن تشکیل شده است، اشتباه گرفت. تریتیوم یزوتوپ دیگری از هیدروژن است که خاصیت رادیواکتیو دارد و بیشتر بری ساخت موادی که از خود نور منتشر می کنند بکار برده می شود.

آب با اکسیژن سنگین
آب با اکسیژن سنگین، در حالت معمول H218O است که به صورت تجارتی در دسترس است ببیشتر بری ردیابی بکار برده می شود. بعنوان مثال با جیگزین کردن ین آب (از طریق نوشیدن یا تزریق) در یکی از عضوهی بدن می توان در طول زمان میزان تغییر در مقدار آب ین عضو را بررسی کرد.

ین نوع از آب به ندرت حاوی دوتریوم است و به همین علت خواص شیمیی و بیولوژیکی خاصی ندارد بری همین به آن آب سنگین گفته نمی شود. ممکن است اکسیژن در آنها بصورت یزوتوپهی O17 نیز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فیزیکی ین آب با آب معمولی تنها چگالی بیشتر آن است.

تاریخچه
هارولد یوری (Harold Urey , 1893-1981، شیمیدان و از پیشتازان فعالیت روی یزوتوپها که در سال 1934 جیزه نوبل در شیمی گرفت.) در سال 1931 یزوتوپ هیدروژن سنگین را که بعد ها به منظور افزیش غلظت آب مورد استفاده قرار گرفت، کشف کرد.

همچنین در سال 1933، گیلبرت نیوتن لوئیس (Gilbert Newton Lewis شیمیدان و فیزیکدان مشهور آمریکیی) استاد هارولد یوری توانست بری اولین بار نمونه آب سنگین خالص را بوسیله عمل الکترولیز بوجود آورد.

اولین کاربرد علمی از آب سنگین در سال در سال 1934 توسط دو بیولوژیست بنامهی هوسی (Hevesy) و هافر(Hoffer) صورت گرفت. آنها از آب سنگین بری آزمیش ردیابی بیولوژیکی، به منظور تخمین میزان بازدهی آب در بدن انسان، استفاده قرار دادند.

¤ نویسنده: مرتضی آقاجانی