重水
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重水,或稱氘代水、一氧化二氘,化學式為D2O或2H2O,是水的一種,它的莫耳質量比一般水要大。普通的水(H2O)是由兩個只具有質子的氫原子和一個氧16原子所組成,但在重水分子內的兩個氫同位素氘,比一般氫原子有各多一個中子,因此造成重水分子的質量比一般水要重。地球上水中的氫原子大約有6,400分之一是氘。
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重水 | |
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IUPAC名 [2H]2-water [2H]2-水 | |
別名 | 氘代水 氧化氘[1] 水-d2[2] 一氧化二氘 |
識別 | |
CAS編號 | 7789-20-0 ![]() |
SMILES |
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RTECS | ZC0230000 |
性質 | |
化學式 | D2O |
莫耳質量 | 20.04 g·mol⁻¹ |
外觀 | 無色透明液體 |
密度 | 1.1056 g/mL (20°C, 液) 1.0177 g/cm3 (m.p., 固) |
熔點 | 3.82 °C, 38.88 °F (276.97 °K) |
沸點 | 101.4 °C, 214.56 °F (374.55 °K) |
黏度 | 0.00125 Pa·s, 20 °C |
偶極矩 | 1.87 D |
危險性 | |
MSDS | External MSDS |
NFPA 704 | |
相關物質 | |
相關溶劑 | 丙酮、甲醇 |
相關化學品 | 水、超重水 |
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。 |
由於普通水和重水都是由相同數量的氫和氧原子組成,兩者的化學反應皆會接近相同。但在物理上,重水的凝固點(即固態水的熔點)和沸點比普通水稍高,在一個大氣壓力下,重水的凝固點是攝氏3.82度,沸點是攝氏101.4度,密度為1.1056g/cm3。
有另一種重水稱為半重水(HDO)它只有一個氫原子是多一個中子的重氫。一般的半重水都並不純正,通常是50%HDO,25%的H2O 及 25%的D2O。除了由重氫組成的重水分子外,還有一種由重氧原子(氧17或氧18)組成的重水分子,稱為「重氧水」。由於分離出重氧水分子的難度較高,因此提煉純正重氧水的成本會比重氫水為高。
一般重水並不屬於有毒物質,但是人體內的代謝需要輕水,所以如果只喝重水會生病。情形就好像空氣中最主要的成分氮氣是無毒的,但吸入純氮會因為缺氧致死。以老鼠做的實驗發現重水能抑制細胞的有絲分裂,引起需要迅速代謝的身體組織變壞。[3]實驗中的老鼠連續數天只喝重水後,體內約一半的體液變成重水;這時症狀開始出現,需要快速細胞分裂的組織,如髮根及胃膜最先出現毛病。本來快速增長的癌細胞生長速度亦出現減慢,不過減慢的程度並不足以令重水作為可行的治療方法。
地球上的水分子中大約有3,200分之一是半重水(HDO),也即6,400分之一的氫原子是氘。半重水可以透過電解及蒸餾,或以化學方法從普通水中提煉出來。可以使用化學方法,是因為氘及普通氫原子由於質量稍為不同,所以化學反應的速度有異。當水中的半重水到了相當的濃度,重水便會因為水分子之間交換氫原子而慢慢出現。要從半重水再提煉純正的重水亦可使用電解、蒸餾及化學方法。但是電解及蒸餾所需要的能量會非常巨大,因此一般這一步只會使用化學方法。
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