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別名:氘代水, 重水

Empirical Formula (Hill Notation):D2O

CAS號:7789-20-0

分子量:20.03

EC 號:232-148-9

MDL編號:MFCD00044636

PubChem化學(xué)物質(zhì)編號:329759437

NACRES:NA.12

屬性
同位素純度
70 atom % D

質(zhì)量水平
200

形式
liquid

technique(s)
bio NMR: suitable

bp
101.4 °C (lit.)

mp
3.8 °C (lit.)

SMILES string
[2H]O[2H]

InChI
1S/H2O/h1H2/i/hD2

InChI key
XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N

基本介紹
氧化氘[Deuterium oxide]是氘和氧的化合物,比一般水重

化學(xué)式:D2O

構(gòu)成:一個(gè)氧化氘分子由一個(gè)氧原子和兩個(gè)氘原子構(gòu)成的。

俗稱:重水(heavy water)

性狀:無色、無臭、無味的液體。

用途:原子能工業(yè)中用作減速劑，也是制取氘的原料。

分子量:20.0275，比普通水(H2O)的分子量18.0153高出約11%，因此俗稱重水。

在天然水中，重水的含量:約0.015%。

重水的離子積常數(shù):1.6*10-15。

由于氘與氫的性質(zhì)差別小，因此重水和普通水也很相似，但由于物理性質(zhì)不同，人和動(dòng)物若是喝了重水，會(huì)引起死亡!

折疊發(fā)現(xiàn)過程
1931年美國H.C.尤里和F.G.布里克維德在液氫中發(fā)現(xiàn)氘，

1933年美國G.N.路易斯和R.T.麥克唐南利用減容電解法得到0.5微升重水，純度為65.7%，再經(jīng)電解，得0.1克接近純的重水。

1934 年，挪威利用廉價(jià)的水力發(fā)電，建立了上第一座重水生產(chǎn)工廠。

生產(chǎn)方法
電解法。電解水時(shí)，EBAE的電解分離系數(shù)可達(dá)10左右，可使重水很快濃集。但耗電能太大，已不單獨(dú)使用。

精餾法。分水、氨、氫等精餾法，以富集其中的氘，操作雖簡單，但分離系數(shù)小。

化學(xué)交換法。利用化學(xué)反應(yīng)使氘和氫交換而得到富集，是經(jīng)濟(jì)的方法。
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主要作用
氧化氘主要用作核反應(yīng)堆的慢化劑和冷卻劑，用量可達(dá)上百噸。氧化氘分解產(chǎn)生的氘是熱核燃料。重水還可做示蹤物質(zhì)。

氧化氘在外觀上和普通水相似，只是密度略大，為1.lg/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。

氧化氘主要用于核反應(yīng)堆中作減速劑，它可以減小中子的速率，使之符合發(fā)生裂變過程的需要。氧化氘也是研究化學(xué)和生理變化中使用過的材料。濃而純的重水不能維持動(dòng)植物的生命，其致死濃度為60%。

國際在線報(bào)道:美國表示，伊朗境內(nèi)的一家重水生產(chǎn)工廠的修建工作已接近完成，屆時(shí)將能為附近的核反應(yīng)堆提供其所需的氧化氘。氧化氘究竟是一種什么寶貝，值得人們處心積慮地制造它、破壞它，如此密切地關(guān)注它呢?

重水與普通水看起來十分相像，它們的化學(xué)性質(zhì)也一樣，不過某些物理性質(zhì)卻不相同。普通水的密度為1克/立方厘米，而重水的密度為1.056克/立方厘米。人和動(dòng)物若是喝了重水，會(huì)引起死亡。重水的特殊價(jià)值體現(xiàn)在原子能技術(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。

1942年2月的一天，當(dāng)納粹德國滿載重水的輪渡船正準(zhǔn)備橫渡挪威廷斯佐湖時(shí)，一聲低沉的爆炸聲自甲板下傳出來。5分鐘后，這艘船便沉入了湖底，船上裝載的重水也溶入了湖水中。同盟國的特工炸沉了這艘運(yùn)送重水的渡船，使戰(zhàn)爭狂人希特勒夢想制造第一枚原子彈的計(jì)劃徹底破滅。

重水的一個(gè)分子是由兩個(gè)重氫原子和一個(gè)氧原子構(gòu)成，其分子式為D2O，相對分子質(zhì)量是20，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，它比黃金還貴重。

重水外觀上和普通水相似，是無色、無臭、無味的液體.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，特別是在南的冰雪中重水含量微乎其微，水的密度小，是地球上輕的水。

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，我國已于1967年6月17日成功地爆炸了第一顆氫彈，大長了中國人民的志氣.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，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。

重水雖然在尖端技術(shù)上是寶貴的資源，但對人卻是有害的.人是不能飲用重水的，微生物、魚類在純重水或含重水較多的水中，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

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，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，它和一個(gè)氧原子化合后可以生成氧化氚分子。

重水可以通過多種方法生產(chǎn)。初的方法是用電解法，因?yàn)橹厮疅o法電解，這樣可以從普通水中把它分離出來。還有一種簡單方法是利用重水沸點(diǎn)高于普通水通過反復(fù)蒸餾得到。后來又發(fā)展了一些其他較佳的方法。

然而只有兩種方法已證明具有商業(yè)意義:水－－硫化氫交換法(GS法)和氨－－氫交換法。

GS法是基于在一系列塔內(nèi)(通過頂部冷和底部熱的方式操作)水和硫化氫之間氫與氘交換的一種方法。在此過程中，水向塔底流動(dòng)，而硫化氫氣體從塔底向塔頂循環(huán)。使用一系列多孔塔板促進(jìn)硫化氫氣體和水之間的混合。在低溫下氘向水中遷移，而在高溫下氘向硫化氫中遷移。氘被濃縮了的硫化氫氣體或水從第一塔的熱段和冷段的接合處排出，并且在下一塔中重復(fù)這一過程。后一的產(chǎn)品(氘濃縮至高達(dá)30%的水)送入一個(gè)蒸鎦單元以制備反應(yīng)堆的重水(即99.75%的氧化氘)。

氨－－氫交換法可以在催化劑存在下通過同液態(tài)氨的接觸從合成氣中提取氘。合成氣被送進(jìn)交換塔，而后送至氨轉(zhuǎn)換器。在交換塔內(nèi)氣體從塔底向塔頂流動(dòng)，而液氨從塔頂向塔底流動(dòng)。氘從合成氣的氫中洗滌下來并在液氨中濃集。液氨然后流入塔底部的氨裂化器，而氣體流入塔頂部的氨轉(zhuǎn)換器。在以后的各中得到進(jìn)一步濃縮，后通過蒸餾生產(chǎn)出反應(yīng)堆重水。合成氣進(jìn)料可由氨廠提供，而這個(gè)氨廠也可以結(jié)合氨－－氫交換法重水廠一起建造。氨－－氫交換法也可以用普通水作為氘的供料源。

利用GS法或氨－－氫交換法生產(chǎn)重水的工廠所用的許多關(guān)鍵設(shè)備項(xiàng)目是與化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)的若干生產(chǎn)工序所用設(shè)備相同的。對于利用GS法的小廠來說尤其如此。然而，這種設(shè)備項(xiàng)目很少有"現(xiàn)貨"供應(yīng)。GS法和氨－－氫交換法要求在高壓下處理大量易燃、有腐蝕性和有毒的流體。因此，在制定使用這些方法的工廠和設(shè)備所用的設(shè)計(jì)和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要求認(rèn)真注意材料的選擇和材料的規(guī)格，以保證在長期服務(wù)中有高度的安全性和可靠性。規(guī)模的選擇主要取決于經(jīng)濟(jì)性和需要。因而，大多數(shù)設(shè)備項(xiàng)目將按照用戶的要求制造。

后，應(yīng)該指出，對GS法和氨－－氫交換法而言，那些單獨(dú)地看并非門設(shè)計(jì)或制造用于重水生產(chǎn)的設(shè)備項(xiàng)目可以組裝成門設(shè)計(jì)或制造用于生產(chǎn)重水的系統(tǒng)。氨－－氫交換法所用的催化劑生產(chǎn)系統(tǒng)和在上述兩方法中將重水終加濃至反應(yīng)堆所用的水蒸餾系統(tǒng)就是此類系統(tǒng)的實(shí)例。

門設(shè)計(jì)或制造用于利用GS法或氨－－氫交換法生產(chǎn)重水的設(shè)備項(xiàng)目包括如下:

1. 水－－硫化氫交換塔

門設(shè)計(jì)或制造用于利用GS法生產(chǎn)重水的、用優(yōu)質(zhì)碳鋼(例如ASTM A516)制造的交換塔。該塔直徑6米(20英尺)至9米(30英尺)，能夠在大于或等于2兆帕(300磅/平方英寸)壓力下和6毫米或更大的腐蝕允量下運(yùn)行。

2. 鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)

門為利用GS法生產(chǎn)重水而設(shè)計(jì)或制造的用于循環(huán)硫化氫氣體(即含H2S 70%以上的氣體)的單、低壓頭(即0.2兆帕或30磅/平方英寸)離心式鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)。這些鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)的氣體通過能力大于或等于56米3/(120 000 標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分)，能在大于或等于1.8兆帕(260磅/平方英寸)的吸入壓力下運(yùn)行，并有對濕H2S介質(zhì)的密封設(shè)計(jì)。

3.氨－－氫交換塔

門設(shè)計(jì)或制造用于利用氨－－氫交換法生產(chǎn)重水的氨－－氫交換塔。該塔高度大于或等于35米(114.3英尺)，直徑1.5米(4.9英尺)至2.5米(8.2英尺)，能夠在大于15兆帕(2225磅/平方英寸)壓力下運(yùn)行。這些塔至少都有一個(gè)用法蘭聯(lián)結(jié)的軸向孔，其直徑與交換塔筒體部分直徑相等，通過此孔可裝入或拆除塔內(nèi)構(gòu)件。

4. 塔內(nèi)構(gòu)件和多泵

門為利用氨－－氫交換法生產(chǎn)重水而設(shè)計(jì)或制造的塔內(nèi)構(gòu)件和多泵。塔內(nèi)構(gòu)件包括門設(shè)計(jì)的促進(jìn)氣/液充分接觸的多接觸裝置。多泵包括門設(shè)計(jì)的用來將一個(gè)接觸內(nèi)的液氨向其他塔循環(huán)的水下泵。

5. 氨裂化器

門設(shè)計(jì)或制造的用于利用氨－－氫交換法生產(chǎn)重水的氨裂化器。該裝置能在大于或等于3兆帕(450磅/平方英寸)的壓力下運(yùn)行。

6. 紅外吸收分析器

能在氘濃度等于或高于90%的情況下"在線"分析氫/氘比的紅外吸收分析器。

7. 催化燃燒器

門設(shè)計(jì)或制造的用于利用氨－－氫交換法生產(chǎn)重水時(shí)將濃縮氘氣轉(zhuǎn)化成重水的催化燃燒器。

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