Água pesada

Água pesada
Imagem ilustrativa do item Água pesada
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Molécula de água pesada
Identificação
Sinônimos

óxido de deutério

N o CAS 7789-20-0
N o ECHA 100.029.226
N o EC 232-148-9
SORRISOS O ([2H]) [2H]
PubChem , visualização 3D
InChI InChI: visualização 3D
InChI = 1 / H2O / h1H2 / i / hD2
Propriedades quimicas
Fórmula ²H 2 O
Massa molar 20,0276 ± 0,0003  g / mol
²H 20,11%, O 79,89%,
Momento dipolar 1,84  D
Propriedades físicas
Fusão T ° 3,81  ° C
T ° fervendo 101,4  ° C
Massa volumica 1,10448  g · cm -3 ( 25  ° C )
Pressão de vapor de saturação 2.740  kPa ( 25  ° C )
Ponto crítico 370,74  ° C
21,941  MPa
56,3  cm 3 · mol -1
Propriedades ópticas
Índice de refração 1.32841
Unidades de SI e STP, salvo indicação em contrário.

A água pesada ou óxido de deutério D 2 O (ou 2 H 2 O) é feita dos mesmos elementos químicos que a água H 2 O regular(ou 1 H 2 O), mas seus átomos de hidrogênio são isótopos pesados ​​de deutério (o núcleo de deutério tem um nêutron além do próton presente em qualquer átomo de hidrogênio). Foi Gilbert Lewis quem isolou a primeira amostra de água pura e pesada, em 1933 .

A água semi-pesada , ou água pesada , é o óxido misto HDO (ou 1 H 2 HO). Nos oceanos , mares e águas superficiais , é muito mais abundante do que a água pesada. Às vezes falamos incorretamente de água pesada em vez de água semi-pesada .

Notas:

Propriedades comparativas de água pesada, semipesada e leve

As características abaixo foram medidas na pressão atmosférica padrão .

Propriedade Água pesada
D 2 O
Água semi-pesada HDO 		Água leve
H 2 O
Temperatura de congelamento 3,81  ° C 2,04  ° C 0,00  ° C
Temperatura de ebulição 101,42  ° C 100,7  ° C 99,995  ° C
Densidade a 20  ° C ( kg / L ) 1,1056 1.054 0,9982
Temperatura em que a densidade é máxima 11,6  ° C 4,0  ° C
Viscosidade a 20  ° C ( Pa · s ) 1,246 7 × 10 −3 1,124 8 × 10 −3 1.001 6 × 10 −3
Tensão superficial a 25  ° C ( N / m ) 7,187 × 10 −2 7,193 × 10 −2 7,198 × 10 −2
Entalpia de formação no estado gasoso ( kJ / mol ) -249,20 -241,83
Calor latente de fusão ( kJ / mol ) 6,132 6.227 6,00678
Calor latente de vaporização ( kJ / mol ) 41.521 40.657
pH a 25  ° C 7,43 7,266 6.996

Teremos notado que o D 2 O é mais denso do que o HDO, ele mesmo mais denso do que a água comum, daí os nomes de água “pesada” , “semi-pesada” e “leve” .

Usos

Ressonância magnética nuclear

O óxido de deutério é usado em espectroscopia por ressonância magnética nuclear (RMN). Na verdade, como a frequência de ressonância do deutério é diferente daquela do próton comum, este solvente não perturba a medição.

Moderador de nêutrons

Água pesada é usada em alguns setores de reatores nucleares como moderador de nêutrons , a fim de desacelerar os nêutrons das reações de fissão nuclear . Os nêutrons desacelerados têm então uma probabilidade maior de causar novas fissões de núcleos de urânio , permitindo assim a reação em cadeia .

Diferentes tipos de reatores nucleares usam urânio natural com água pressurizada em moderação com água pesada:

Água "Clássica" (H 2 O) também pode desacelerar os nêutrons em uma reação de fissão, mas absorve muitos deles para que a reação seja autossustentável em um reator de urânio natural. Portanto, ele só pode ser usado com reatores de urânio enriquecido .

Detector de neutrino

O Sudbury Neutrino Observatory , SNO (Ontário, Canadá ), usa mil toneladas de água pesada em um tanque enterrado em uma mina a mais de dois quilômetros de profundidade para ser protegido dos raios cósmicos . SNO detecta o efeito Cherenkov produzido quando um neutrino interage com água pesada.

Toxicidade

A água pesada não é considerada tóxica . No entanto, algumas reações metabólicas requerem água convencional, por isso o consumo exclusivo de água pesada pode ser considerado perigoso para a saúde.

Experimentos em camundongos mostraram que o principal efeito desse consumo é a redução do número de mitoses , causando gradativamente a degradação de tecidos que requerem rápida regeneração. Após vários dias ingerindo apenas água pesada, os fluidos corporais contêm aproximadamente 50% de água pesada. Nesse momento, os sintomas começam a aparecer, incluindo redução das divisões celulares , especialmente para células de renovação rápida, como as do cabelo ou das paredes do estômago.

Produção

Na Terra , a água semi-pesada (HDO) está naturalmente presente na água com uma proporção de 0,03125%, ou uma molécula para 3200 moléculas de água. Pode ser separado da água convencional por destilação ou eletrólise , mas também por vários processos de troca química que exploram as diferentes afinidades do deutério e do hidrogênio para diferentes compostos. Essas reações químicas são baseadas na ligeira diferença no peso molecular , que produz uma ligeira diferença na velocidade em que as reações químicas ocorrem.

A produção de água pura e pesada por destilação ou eletrólise requer uma grande cascata de destilarias ou câmaras de eletrólise e consome grandes quantidades de eletricidade, razão pela qual métodos químicos como o processo Girdler são geralmente preferidos.

Argentina

A Argentina é uma produtora dita água pesada, componente esse contido no plano de reativação do programa nuclear argentino anunciado em agosto de 2006 pelo presidente Nestor Kirchner . Eles usam tecnologia Sulzer na (s) planta  (s) de Arroyito .

Canadá

A Atomic Energy of Canada Limited (AECL) projetou um reator nuclear que requer grandes quantidades de água pesada usada como moderador de nêutrons . Depois de enfrentar dificuldades de abastecimento durante o comissionamento da usina nuclear de Pickering , a Ontario Hydro está construindo a usina de água pesada Bruce para garantir um abastecimento doméstico confiável para as usinas atuais e futuras. As duas unidades da fábrica foram fechadas em 1985 por falta de pontos de venda.

A AECL encomendou duas instalações de produção de água pesada que foram construídas em Glace Bay e Port Hawkesbury , Nova Scotia . Essas fábricas apresentaram falhas de design, construção e produção. A construção de outra usina, a usina La Prade , perto da usina nuclear Gentilly em Quebec , foi interrompida em agosto de 1978 devido ao excesso de água pesada.

A unidade de produção de água pesada do Condado de Bruce em Ontário era a maior usina de água pesada do mundo, com uma capacidade de 700 toneladas por ano. 340.000 toneladas de água normal foram necessárias para produzir uma tonelada de água pesada usando o processo Girdler . Essa instalação fazia parte de um complexo que incluía os oito reatores CANDU que forneciam calor e energia para a produção de água pesada. As instalações foram construídas em Point Douglas, no condado de Bruce, acima do Lago Huron, onde tinham acesso às águas dos Grandes Lagos EUA-Canadá .

A usina de Bruce foi comissionada em 1979 para fornecer água pesada para atender ao aumento da geração de energia nuclear em Ontário. As fábricas revelaram-se significativamente mais eficientes do que o esperado e apenas três das quatro unidades foram construídas. Em 1993 , o programa nuclear da Ontario Hydro foi desacelerado e, em seguida, encerrado devido ao excesso de produção de eletricidade.

O consumo mais parcimonioso e a reciclagem de água pesada, bem como a superprodução em Bruce, deixaram o Canadá com grandes estoques de água pesada suficiente para atender às necessidades futuras. A fábrica de Bruce foi fechada em 1997 , para ser gradualmente desmontada e o local limpo.

O processo de Girdler usa grandes quantidades de sulfeto de hidrogênio , aumentando as preocupações ambientais se ele for liberado na atmosfera . A AECL está atualmente pesquisando outros processos mais eficientes e ecológicos para produzir água pesada. Essa produção é essencial para os futuros reatores CANDU, uma vez que a água pesada representa cerca de 20% do investimento financeiro de cada reator.

França

A primeira unidade de produção foi a do ONIA ( National Office of Nitrogen Industries ) em Toulouse , em frente ao AZF . Quantidades de duas a três toneladas de água pesada por ano foram produzidas neste local de Toulouse que os alemães selecionaram em 1943 ao construir um grande recinto subterrâneo no centro do local industrial em antecipação à produção a partir do final de 1944, que nunca aconteceu.

A França produziu água pesada em proporções muito baixas entre 1958 e 1963 .

A produção continuou no site irmão de Mazingarbe (Pas-de-Calais) até 1971 . O principal cliente foi o CEA ( Commissariat à l'énergie atomique ) para as suas necessidades experimentais e para a central nuclear experimental Monts d'Arrée em Brennilis, que foi encerrada e em fase de desconstrução.

Índia

A Índia é o segundo produtor de água pesada do mundo por meio do Heavy Water Board  (en) .

Noruega

Em 1934 , a Norsk Hydro construiu a primeira instalação comercial de produção de água pesada em Vemork , Noruega , com uma capacidade de doze toneladas por ano. Durante a Segunda Guerra Mundial , os Aliados decidiram destruir a fábrica para impedir a Alemanha de desenvolver armas nucleares .

Em 1942 , um ataque de paraquedistas ingleses falhou nesta missão, seu planador caiu perto do local. Todos os seus membros morrem no acidente ou são mortos pelos alemães.

Em fevereiro de 1943 , um grupo de doze agentes noruegueses da Inglaterra saltou de paraquedas na Noruega; o comando, do qual Joachim Ronneberg fazia parte , sabotou a fábrica da Vemork na noite de 27 para 28 de fevereiro de 1943 e conseguiu interromper a produção por dois meses, dinamitando as instalações. O16 de novembro de 1943, os Aliados lançaram mais de quatrocentas bombas no local de produção, levando o governo nazista a transferir toda a produção para a Alemanha.

O 20 de fevereiro de 1944, Knut Haukelid , um guerrilheiro norueguês, afunda a balsa que transportava água pesada no Lago Tinn ( Tinnsjå em norueguês). Esta sabotagem custou a vida de quatorze civis noruegueses (e quatro alemães). Ficou demonstrado após a guerra que a água pesada produzida na Noruega não teria permitido a fabricação de urânio enriquecido em quantidades suficientes para a fabricação de uma arma nuclear.

A história serviu de fio condutor em The Battle of Heavy Water , um filme de Jean Dréville rodado em 1948, e The Heroes of Telemark , um filme de Anthony Mann rodado em 1965 e interpretado por, entre outros, Kirk Douglas , mas também em uma série de televisão de 2015 de Per-Olav Sørensen , Kampen om tungtvannet ( A Guerra da Água Pesada  : Os Soldados das Sombras , "  A Batalha das Águas Pesadas  ").

Outros países

A Romênia nela é produtora e exportadora.

O Tratado de Não-Proliferação Nuclear exige que os governos signatários monitorem voluntariamente, por meio da Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA) em Viena, a produção e o uso de água pesada, bem como a proteção física efetiva, a fim de evitar furtos.

O plutônio é um subproduto normal da operação de um reator de água pesada, que pode permitir, conforme reformulado (refino), um programa de manufatura militar de armas nucleares , como fizeram a Índia , Israel , o Paquistão e a Coréia do Norte , para citar apenas esses conhecido ou suspeito de ter executado seu programa para a meta.

O Irã , signatário do Tratado em 1970 (antes da revolução), possui usinas de água pesada e está atualmente (2005) em tecnologias para a construção e operação de reatores de água pesada, além de suas usinas de água leve.

Filmografia e videogames

Água pesada desempenha um papel importante em alguns filmes

Bem como em algumas séries

Documentário

Jogos de vídeo

Notas e referências

Notas

  1. Quando em uma fórmula química ou em qualquer outro contexto usamos os símbolos D e T ( deutério e trítio ), o H passa a ser o símbolo do prótio e não mais o do elemento químico hidrogênio.

Referências

  1. (en) Itzhak Marcus, As propriedades dos solventes , vol.  4, Inglaterra, John Wiley & Sons,1999, 239  p. ( ISBN  0-471-98369-1 ).
  2. massa molecular calculada de "  pesos atômicos dos elementos 2007  " em www.chem.qmul.ac.uk .
  3. "  EDF recebe luz verde para desmantelar a central nuclear de Brennilis  " , em www.maxisciences.com ,28 de julho de 2011.
  4. Nicolas Pontic, "  Morte de Joachim Ronneberg, o combatente da resistência norueguesa por trás da sabotagem do programa nuclear nazista."  », Segunda Guerra Mundial, n ° 81. , Dezembro de 2018, p.  11
  5. Capitão Knut Haukelid, The Epic of Heavy Water (Det Demrer en Dag) , Paris, L'Elan,1948, 204  p. , p.  191-194
  6. (em) Samuel Goudsmit , Alsos , New York, Aip Press,1947( Alsos no Google Livros )
  7. Manfred Popp, "  Por que os nazistas não tinham a bomba  ," Para a ciência , n o  471,janeiro de 2017, p.  70-77.
  8. (em) "  Kampen om tungtvannet  " no IMDb .

Veja também

Artigos relacionados

links externos

Bibliografia