重水 5分pk10 重水

日期:2021-01-17 18:30:07 浏览量: 167

[拼音]:中水

[外国]:重水

由氘和氧组成的水。它是氘最重要的化合物,化学式为D2O。 1931年末,在H.C. Yuri等人发现了氘,他们发现电解池废液中的氘浓度增加,并提出了使用电解水浓缩重水的想法。 1933年,G.N。刘易斯和R.T. MacDonald在重复电解10升浓度约为65.7%的电解池废料后重水,产生了0.5微升重水,然后将其电解得到几乎纯净的重水。使用该初始的重水液滴,确定了重水的一些物理常数。 1935年,挪威建立了世界上第一座使用廉价水力发电技术生产重水用于研究目的的重水厂。自1940年代以来,由于发现了核裂变,重水已成为反应堆的重要材料,大规模生产已开始工业化。

自然

重水的分子量为2 0.0275,比普通水18.0153的分子量高约11%。由于氘和氢之间的质量差异不大,因此物理和化学性质相差较小。而且由于水是一个多原子的极性分子,除了分子之间的范德华力外,还具有很强的氢键力。重水分子比轻水分子具有更强的氢键力和范德华力。沃尔斯力量,前者的作用比后者更大。因此,重水具有较高的熔点和沸点,较小的蒸气压以及较大的熔化,蒸发和升华热。其性质之间的差异不如氘与氢之间的差异那么规则。表1比较了重水和普通水的性能。

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重水之所以得名,是因为它的密度比普通水大得多。常用的重水含量测定方法基于重水样品的密度或比重。准确确定了0°C至临界温度之间的重水和普通水的密度。它们在40°C时具有最大的密度差,在370°C时密度相等。轻水和重水之间的蒸气压差是通过水蒸馏富集重水的理论基础。在常温下,重水的蒸气压低于普通水的蒸气压。随着温度的升高,普通水和重水之间的蒸汽压差逐渐增大,直到在170°C达到最大值(83 mmHg),然后再次减小。当温度达到225℃时,重水的蒸气压等于普通水的蒸气压。在225°C以上时,重水的蒸气压大于普通水。

粘度是重水和普通水的物理常数之间的最大差异。在25°C下,重水的粘度比普通水高3%2.。重水的表面张力略低于普通水,并且两者的比例在25°C下为0.99946。重水的折射率略小于普通水的折射率。在20°C下波长为5893埃的光的折射率差为0.00470。利用折射率差的干涉仪方法也是重水的分析方法之一。重水的介电常数低于普通水的介电常数,并且在25℃下的比率为0.9963。盐在重水中的溶解度低于普通水中。在25°C下,1克普通水可以溶解0.3592克氯化钠华体会体育pp电子 ,但是1克重水只能溶解0.3056克。碘在四氯化碳与普通水之间的分配系数为85:1,在四氯化碳与重水之间的分配系数为103:1。

许多电解质在重水中的电导率比普通水中的电导率小得多。这是因为溶液中电解质的电导率及其离子活性与介质的粘度成反比。液态重水的离解度比普通水小约4/5。重水是比普通水弱的电解质。因此,重水中酸(或碱)的强度要小于普通水中的强度。

重水立即与含氢化合物中‑OH或‑NH基团上的H交换,通常不与CH键上的H交换。重水与空气中的普通水蒸气(水分)交换。当重水暴露于潮湿空气中时,其浓度将逐渐降低。因此,在处理重水时,应注意避免与空气接触。

所有重氢化合物的零点能量均小于相应的轻氢化合物,即它们具有较高的活化能,因此反应速率较小。例如,当在20°C下使用重水或普通水作为溶剂时重水,H2O2 + I-→H2O + IO-反应的速率常数比(kD / kH)为0.60。

重水对生物有不利影响。重水对普通动物的致死浓度约为60%,单细胞生物对重水的适应性强。

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生产

除使用铀作为核燃料外,核电站还需要数百吨重水作为调节剂和冷却剂;氘是核聚变反应的核燃料,重水是氘的重要来源。另外,由于有机物中80%以上,氢是重要成分之一。氘作为氢原子的同位素示踪原子,已广泛用于各种研究领域。因此,大规模生产重水已成为核工业的重要组成部分。

从1935年到1943年亚博电竞 ,挪威只有一个重水厂,该厂每年通过电解生产5至2吨重水1.。 1943年,美国建立了H2 / H2O交换厂和三个水精馏厂来生产重水,年产量约为21吨。 1950年代初期,美国开发了H2S / H2O双温度交换(GS工艺)方法来生产重水,并建造了两个大型工厂,将年产量增加到300吨。同时,苏联和西欧开发了液氢精馏方法和H2 / NH3交换方法,并建造了工厂。 1960年代,世界重水的年生产量约为510吨,而1970年代,世界重水的年总生产能力达到了1,850吨。自1950年代以来,中国发展了重水生产,并在1980年代开始出口重水

氘的自然丰度为0.015%,反应器所需的重水纯度必须高于99.75%。重水生产的特点是分离阶段多,平衡时间长,加工物料量大,能耗高。从自然浓度到约1%的浓度选择浓度方法非常重要。重水生产的成本主要取决于初始浓缩阶段的成本。重水生产主要有以下三种方法。

蒸馏方法

利用氘化合物的蒸气压特性进行浓缩。主要原料为氢气,氨气,水等。蒸馏过程中的分离系数α0见表2。液氢精馏的分离系数较大,但低温工艺和设备限制了生产规模。目前最大的液态氢精馏重水厂每年生产14吨重水。精水操作简单可靠,原料充足,但分离系数小,能耗大。 1943年,美国建造了三座工厂,经过两年的运营后关闭。氨精馏的分离系数比水的分离系数稍大,潜热较小凤凰彩票app ,但由于氨源的限制,用作初始浓缩方法不经济。

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电解法

电解水时,氘的电解分离系数可达到约10。通常,可使用碱性电解质和低碳钢阴极快速浓缩重水。该方法是1940年代之前唯一的生产重水的方法,但由于能耗高,因此不再单独使用。

化学交换方法

目前最经济的生产重水的方法。常用的交换反应是:

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反应的分离因子如表3所示。化学交换法的实际操作过程分为单温度交换法和双温度交换法。

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1943年,加拿大建造了第一座H2 / H2O交换法重水厂。使用催化剂(Pt-C或Ni-Cr2O3)交换氢和蒸汽同位素,通过电解将水转化为氢,重水的年产量为6吨。H2/ H2O的分离系数交换反应很大,但需要使用催化剂。

H 2 / NH 3交换设备通常与大型合成氨设备相连。溶解在液态氨中的KNH2用作催化剂,将氢和液态氨交换为同位素。 KNH2暴露在水中会爆炸,这是该方法的一大缺点。

H2S / H2O交换方法是一种相对成功的生产方法。该反应不需要催化剂,采用双温工艺,采用H2S循环,以水为原料,生产规模不受限制。 1950年代初建立的工厂的重水年产量已达到540吨。在1980年代中期,加拿大生产工厂的设计生产能力达到每年1600吨。 (请参见彩色图片)

图 双温热交换法重水工厂

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新开发的方法,例如吸氢合金的吸附分离和激光分离(请参见同位素分离)。

应用

重氢的热中子吸收截面只有5.3×10-4谷仓,比氢(0.332谷仓)小得多,因此重水的主要目的是在反应堆剂和冷却剂。重水分解产生的氘也是重要的热核燃料。在化学和生物学中,重水还用作示踪剂,以进行反应机理及相关方面的研究。

书目

GMMurphy编辑,重水生产,纽约Mc-Graw-Hill,195 0.HKRae编辑亚博yaboapp ,氢同位素分离,美国化学会,华盛顿特区,1978.郭编辑Zhengyi:“稳定同位素化学”(无机化学丛书,第17卷),科学出版社,北京,1984年。

参考文章