ماهو الماء الثقيل واستخدامته وأنواعه

كتابة ميرا قاسم - تاريخ الكتابة: 13 يناير 2021 , 18:01 - آخر تحديث : 13 يناير 2021 , 18:01
ماهو الماء الثقيل واستخدامته وأنواعه

ماهو الماء الثقيل ؟ إن الماء الثقيل يختلف عن الماء العادي حيث إن الصيغة الكيميائية بالنسبة إلى الماء العادي أو الذي يطلق عليه الماء الخفيف هي H2O وذلك لأنه يتكون من ذرتين من الهيدروجين وذرة من الأكسجين، والماء الثقيل يختلف عنه، أما بالنسبة إلى الماء الثقيل فإننا سوف نوضحه في الأسطر القادمة ونعرض لكم مختلف المعلومات عنه.

ماهو الماء الثقيل

إن الماء الثقيل هو  أكسيد الديتريوم  ذا الصيغة الكيميائية D2O، وكما وضحنا أن الماء العادي أو الماء الخفيف يتكون من ذرتين من الأكسجين وذرة من الأكسجين، والهيدروجين له ثلاث نظائر، والتي تتمثل فيما يلي:

  • الروتيوم وهو الهيدروجين العادي، والنواة في هذا النوع عبارة عن بروتين واحد.
  • الديتريوم بالنسبة إلى هذا النوع فإن النواة به تحتوي على بروتين واحد ونيوترون واحد.
  • التريتيوم والذي يتكون من  بروتون واحد و 2 نيوترون.

لقد تم العثور على الماء الثقيل في عام 1931 وذلك من قبل العالم هرلد كليتن اري مما كان سبب أن يحوز على جائزة نوبل للكيمياء نظيرًا على هذا الاكتشاف، ومن ثم في عام 1933 قام كلًا من لويس و دونالد بتحضير قطرات من الماء الثقيل، وقاموا بذلك من خلال عمل تحليل كيميائي للماء لفترة طويلة.

حيث أنه عندما يتم تحليل الماء بالكهرباء فإن هذا يكون سبب في تجمع الغاز بالقرب من الكاثود والغاز المتكون هو الهيدروجين والماء الناتج عنه يثرى من خلال اكسيد الديتريوم، ومع كثرة التحليل يكون هذا سبب في الحصول عليه، الذي يكون عبارة عن الديتريوم والاكسجين والصيغة الكيميائية الخاصة به كما وضحنا D2O والأسم العلمي له  أكسيد الديتريوم .

شاهد أيضًا: يتكون الماء من الهيدروجين كيف اصنع الماء

معلومات مهمة عن الماء الثقيل

بعد أن تعرفت على ماهو الماء الثقيل ؟ يوجد العديد من المعلومات التي يجب أن تتعرف عليها لفهم المقارنة بينه والماء العادي، وتتمثل هذه المعلومات فيما يلي:

  • الوزن الجزئي به أكثر منها في الماء العادي، حيث أنه في الوزن العادي  M=18 أما في الماء الثقيل  M=20؛ لهذا السبب أطلق عليه اسم الماء الثقيل.
  • بالنسبة إلى كثافته وكذلك درجة التجمد أعلى من التي تكون في الماء العادي.
  • لقد أثبتت الدراسات أن جميع مصبات المياه الطبيعية مثل الأنهار والأمطار والبحار والمحيطات تحتوي على الماء الثقيل، ولكن بنسب صغيرة فين كل 6760 يوجد ذرة واحدة من الماء الثقيل.

استخدامات الماء الثقيل

إن الماء الثقيل له العديد من الاستخدامات المختلفة مثل حركة النيوترونات كذلك يتم الأعتماد عليه في أعمال التبريد، ويوجد العديد من الاستخدامات التي لا حصر لها والتي تتمثل فيما يلي:

  • يتم استخدامه في المفاعلات النووية.
  • يعتبر وسيلة عند تحضير الديوتيريوم.
  • يعتبر كاشف لطريقة عمل عملية البناء الضوئي وكذلك بالنسبة إلى عملية التنفس.
  • يتم الاعتماد عليه في رصد المجالات المغناطيسية  التي توجد حول نوى الذرات.
  • كما أنه وسيلة للتحليل الطيفي المغناطيسي النووي.
  • يتم الاعتماد عليه في تحضير الكثير من العناصر المشعة.
  • يعتمد عليه في تحليل الأشعة تحت الحمراء.
  • يتم الاعتماد عليه بشكل أساسي في المفاعل النووي بسبب خصائصه التي تعمل على إبطاء النيوترونات سريعة الحركة، والغرض من ذلك أن تتفاعل مع نظير 235U بدلاً من أن تتفاعل مع نظير 238U.
  • يعتبر من الوسائل المستخدمة في معرفة الأيض بالنسبة إلى البشرة وإلى الحيوانات.
  • يعتبر المكون الأساسي والمادة الفعالة في تفاعلات الاندماج النووي

خواص الماء الثقيل

بعد الإجابة على سؤال ماهو الماء الثقيل ؟ لابد من معرفة الخواص التي يتمتع بها الماء الثقل والتي تميزه على الماء الخفيف، والتي تتمثل فيما يلي:

  • بالنسبة إلى الكتلة الجزيئية فإنها تساوي 20.02 جرام / مول.
  • كثافته 1.107 جم / مل.
  • الدرجة التي ينصهر بها 3.82 درجة مئوية، أما درجة الغليان فإنها 101.4 درجة مئوية.
  • عزم ثنائي القطب 1.87 د.
  • عديم اللون.
  • عند وضعه في درجة حرارة الغرفة فإنه يكون على شكل سائل عديم الرائحة.
  • بسبب أن كثافته أعلى من الماء العادي فيمكن أن يغرق مكعب من الثلج من هذا الماء يغرق في الماء الخفيف.
  • عند خلطه مع الماء الخفيف فإنها تعتبر وسيلة للحصول على خليط متجانس.
  • ينتج عنها سلوكًا كيميائيًا مختلفًا عن الماء الخفيف بسبب اختلاف بعض الذرات.
  • عند حدوث التغيرات التي تحدث في خصائص  المذيبات فإنها يمكن أن تؤثر على الأنظمة البيولوجية وذلك لأنه يحتوي على الديوتيريوم.
  • عند التفكك فإن الماء العادي يمكنه أنه يتفكك بسرعة أكبر من الماء الثقيل.

طرق تحضير الماء الثقيل

بالنسبة إلى طرق تحضير هذا الماء فإنها تطلب متخصص كيميائي حتى يمكنه القيام بجميع الخطوات بالطريقة الصحيحة وتحضير هذا المركب، وتتم هذه الطرق من خلال ما يلي:

  • حتى يتم تحضيره فإنه في حاجة إلى التحليل الكهربائي المطول.
  • لابد من استخدام الماء الذي يحتوي على قلويات حتى يمكنها أن تؤدي الغرض المطلوب.
  • الذي سوف تحتاج إليه للقيام بهذه الماء عبارة عن منحل كهرباء والكاثود وهو عبارة عن وعاء فولاذي، والأنود وهو عبارة عن لوح من النيكل يحتوي على فتحات.
  • عادة يحدث التحليل من خلال سبع قلويات ويتم الأعتماد على غاز ثاني أكسيد الكربون في تحليلها.
  • تستمر هذه العملية لفترة طويلة حتى ينتج عنها الماء الثقيل.

شاهد أيضًا: متى يطفو الجسم على سطح الماء

أهم مزايا الماء الثقيل

بعد أن تعرفت على إجابة سؤال ماهو الماء الثقيل ؟ يجب أن تدرك أنه يوجد العديد من المزايا المختلفة التي ينفرد بها هذا الماء، وتتمثل هذه المزايا فيما يلي:

  • إن نواة ذرة الديوتيريوم يوجد بها 1 بروتون و 1 نيوترون؛ وهذا سبب لأن تصبح ذات وزن ضعف وزن البروتيوم وهو بديل الهيدروجين الذي يوجد في الماء العادي، والرمز الكيميائي الخاص به 1H.
  • الكتلة الخاصة به لا تعتبر أكبر بكثير من الماء الخفيف؛ لهذا السبب يعزى ما يقرب من 89% من الكتلة الجزيئية في جزئ الماء إلى الاكسجين.
  • بالنسبة إلى كتلته فإنها تزيد عن الماء بما يصل إلى 11%.
  • الربط الذي يوجد بين المواد المكونة إلى D2O يعتبر أقوى من الربط الذي يوجد بين H2O.
  • نظرًا لأن ذرة الديوتيريوم لا تخضع للاضمحلال الإشعاعي فإن هذا يجعله غير مشع.
  • إن تناول الكثير منه يمكن أن يكون سبب في حدوث تسمم بالنسبة إلى الكائنات الحية.

أنواع الماء الثقيل

إن هذا الماء له العديد من الأنواع المختلفة؛ لهذا السبب فإن له العديد من الاستخدامات المختلفة أيضًا، وتتمثل هذه الأنواع فيما يلي:

الماء شبه ثقيل

هذا النوع له رمز كيميائي وهو HDO وهو مكون من 1 بروتيوم و 1 ديوتيريوم و 1 ذرة أكسجين، وتعمل ذرات الماء دائمًا على تبادل ذرات الهيدروجين مع بعضها البعض، وهذا يدل على أنه يمكن العثور على الماء شبه ثقيل في ذرات الماء وتكون عبارة عن البروتيوم والديوتيريوم وهذه العينة تكون في حاجة إلى 50% من الماء شبه الثقيل و25% ماء ثقيل و 25% ماء عادي وذلك لأنه لابد من وجود توازن ديناميكي بين العينات وبعضها.

ماء الاكسجين الثقيل

هي عبارة عن نظير أثقل من الماء وهذا الماء ذا كثافة عالية تزيد عن الماء العادي، ونظرًا لهذا السبب فإنه أصبح ضمن أنواعه، يستخدم الماء الثقيل الأكسجين الذي يحتوي على نظير 18O من الأكسجين في إنتاج نظير 18F من الفلور، كذلك فإنها تستخدم في المنتجات الصيدلية المشعة ومختلف المواد المشعة.

مياه متبادلة

الرمز الكيميائي لها T2O وتعتبر ضمن أشكال الماء المشع ويحتوي على التريتيوم، وبسبب ثقلة يطلق عليه هذا الاسم للغاية، يمكن أن يتم الأعتماد على هذا الماء في تحديد الحجم الكلي للماء في الجسم، بالنسبة إلى كتلة هذا الماء فإنها 22.03 جرام، أما بالنسبة إلى كثافته فإنها 1.85 جم / مل.

شاهد أيضًا: حركة الماء المستمرة بين سطح الأرض والهواء تسمى

إمكانية استخدام الماء الثقيل للشرب

لقد عرضنا لكم إجابة سؤال ماهو الماء الثقيل ؟ بجانب ذلك عليك معرفة إذا كان هذا الماء يمكن استخدامه للشرب، كما لاحظنا أنه من خلال التحدث على هذا الماء فلقد عرضنا استخدامه في المفاعلات النووية وفي الاشعاع الذي لا يمكن الاستغناء عنه والذي يعتبر الاستخدام الأساسي له، وهذا يعني أنه يمكن أن ينتج عنه مشاكل صحية عند شربه.

ولكن يوجد نوع الماء المشع النقي الذي لا يحتوي على اشعاع ولا يوجد به أي مواد ضارة على الصحة يمكن أن يتم شربه ولكن بكميات قليلة حيث أن الزيادة منه على الكائنات الحية يمكن أن تكون سبب في حدوث تسمم، كذلك لا يجب تناول هذا الماء على فترة طويلة من الذهب فإنه سوف يكون سبب في العديد من المشاكل الصحية التي لا حصر لها على جميع الكائنات الحية لا يقتصر على الإنسان فقط، ومن ضمن المشاكل التي تنتج عنه اضطراب في ضغط الدم والشعور بالدوار هذا إن لم يؤدي إلى الموت.

السبب في هذا الماء غير صالح للشرب أن الديوتيريوم لا يعتبر نظير جيد إلى الهيدروجين في الماء، كذلك فإن تناول 25% من البروتيوم ينتج عنه العديد من المشاكل الصحية من ضمنها أنه يسبب العقم، وإذا وصلت الكمية التي تتناولها منه إلى 50% فإنه سوف يؤدي إلى الوفاة.

لهذا السبب من الأفضل الأبتعاد عنه ندرك أن كميات قليلة منه لا تسبب مشكلة، ولكن بشكل عام فإنه ذا خطورة بالغة على الصحة والتي يمكن أن تؤدي إلى الوفاة.[1]

طرق إنتاج الماء الثقيل

يوجد العديد من الطرق المختلفة التي يمكن الاعتماد عليها كوسيلة لانتاجه، فلقد تحدثنا على الطريقة الكهربائية فقط، ومن ضمن هذه الطرق ما يلي:

  • من خلال التبديل مع كبريتيد الهيدروجين.
  • طريقة التقطير المجزأ.
  • عن طريق عملية كردلر – سبيفاك.
  • أن يتم تقطير الميثان؛ ومن خلال هذه العملية سوف تحصل على  99.75%.[2]

الاستخدامات البيولوجية للماء الثقيل

إن استخدام هذا الماء بتركيز عالي يعتبر سبب في التقليل من ضغط الدم، كما أنه من أفضل الوسائل التي يمكن الأعتماد عليها في حماية الفئران من أشعة جاما، وعند استخدام التركيزات العالية منها فإنها تعتبر وسيلة في اصطياد النيوترون بالبورون وذلك لأنه يمكن أن يخترق مركبات البورون التي لها علاقة بالخلايا الخبيثة.

شاهد أيضًا: أهمية الماء في جسم الانسان

في الختام لقد أجبنا على سؤال مهم وهو ماهو الماء الثقيل ؟ كما عرضنا لكم أهم المعلومات عن هذا الماء، والطرق المختلفة التي يتم الأعتماد عليها في تحضيره بالتحديد طريقة الكهرباء، إضافة إلى استخدام هذا الماء البيولوجية وغيرها، وأنواعه المختلفة.

المراجع

  1. ^ BYJUS , What is Heavy Water? , 12-1-2021
  2. ^ المعرفة , ماء ثقيل , 12-1-2021
82 مشاهدة