El elemento químico Hidrógeno tiene el símbolo H y el número atómico 1. El elemento más ligero es el hidrógeno. En circunstancias normales, el hidrógeno es un gas compuesto de moléculas diatómicas con la fórmula H 2 . Es iNodero, incoloro, no tóxico y extremadamente inflamable. El hidrógeno es el elemento químico más abundante en el universo y representa alrededor del 75% de todas las cosas ordinarias. El Sol, por ejemplo, se compone principalmente de hidrógeno en su estado de plasma. La mayor parte del hidrógeno del planeta se encuentra en forma de moléculas como el agua y las sustancias orgánicas. Cada átomo del isótopo de hidrógeno más común (símbolo 1 H) tiene un protón, un electrón y ningún neutrón.
La producción de protones, los núcleos de hidrógeno, comenzó durante el primer segundo después del Big Bang en el cosmos primitivo. Durante el período de recombinación, cuando el plasma se había enfriado lo suficiente como para que los electrones permanecieran unidos a los protones, aparecieron átomos de hidrógeno neutro en todo el cosmos unos 370.000 años después.
¿Qué es el agua pesada?
Otro tipo de agua es el agua pesada, que tiene la fórmula D 2 O. Es algo más espesa que el agua convencional, y es azul e incomible. El rust de deuterio es otro nombre para el agua pesada. Es el isótopo de hidrógeno indicado por las letras D o H 2 . H 2 O significa agua corriente, mientras que D 2 O significa agua pesada.
Ocurrencia de Agua Pesada
El agua pesada se crea cuando dos átomos de hidrógeno en el agua ordinaria se reemplazan con átomos de deuterio. El rust de deuterio, D2O, es agua químicamente pesada.
A Urey se le atribuye el descubrimiento del agua pesada. En alrededor de 6000 partes de agua ordinaria, se encuentra una parte de agua pesada. Lewis y Donald pudieron extraer unos pocos mililitros de agua pesada pura de agua que contenía trazas de álcali mediante electrólisis continua. Fue descubierto en el Himalaya, en los restos que quedaron después del derretimiento de la nieve. También se pueden detectar cantidades minúsculas en las hojas de los árboles de Banyan y en la lluvia.
Preparación de Agua Pesada
- Electrólisis de varias etapas de agua pesada
El hidrógeno se libera significativamente más rápido que el deuterio cuando se electroliza el agua. Como resultado, los enlaces H 2 O se rompen más fácilmente (18 veces más fácilmente) que los enlaces D 2 O. Como resultado, cuando la electrólisis se mantiene hasta que queda una pequeña cantidad de agua, el residuo es D 2 O puro. Obtuvimos aproximadamente 1 ml de agua pesada electrolizada de 30 litros de agua.
El agua pesada se obtiene electrolizando una solución de hidrrust de sodio 0,5 M en una celda de acero durante un período de tiempo prolongado. El áNode es una lámina cilíndrica perforada de níquel, mientras que el cátodo es la propia celda.
- Reacciones de intercambio
El agua pesada, D 2 O, también se puede producir mediante procesos de intercambio. Cuando el gas H 2 S pasa a través de agua caliente, por ejemplo, los átomos de hidrógeno en H 2 S son reemplazados por átomos de deuterio del D 2 O presente en el agua. Como resultado, se agrega D 2 S a H 2 S. Cuando este H 2 S enriquecido con D 2 S se pasa a través de agua fría, el deuterio del D 2 S y el hidrógeno del H 2 O se intercambian nuevamente. El procedimiento se repite y el agua fría se enriquece gradualmente con D 2 O.
- Destilación fraccionada
El procedimiento de destilación fraccionada puede afectar la separación del agua pesada del agua ordinaria. En este procedimiento se utiliza la diferencia en los puntos de ebullición del agua ordinaria (100 °C) y el agua pesada (101,42 °C). Como resultado, la porción más ligera se destila primero, dejando un residuo rico en agua más pesado (D 2 O).
Propiedades del Agua Pesada
Propiedades físicas del agua pesada
El agua pesada es un líquido móvil incoloro, iNodero e insípido, similar al agua normal. Las siguientes son algunas de las cualidades físicas del agua y del agua pesada.
- El agua pesada tiene un peso molecular mayor (20 g) que el agua (18 g), de ahí varias constantes físicas, como el punto de ebullición, el punto de congelación, el calor específico, la densidad, la viscosidad, la temperatura de máxima densidad y el calor latente de vaporización. son mayores para el agua pesada que para el agua.
- El agua pesada, por otro lado, tiene una constante dieléctrica más baja que el agua.
- Como resultado, los químicos iónicos disueltos en agua pesada son menos solubles que en agua.
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Propiedad |
Agua Pesada (D 2 O) |
Agua ordinaria (H 2 O) |
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Densidad a 293 K |
1.017 |
0.998 |
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Punto de fusion |
276.8K |
273K |
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Punto de ebullición |
374.4K |
373K |
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Constante dieléctrica |
80.5 |
82 |
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Índice de refracción a 293 K |
1.3284 |
1.3329 |
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Viscosidad a 293 K |
12.6 |
10.09 |
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Solubilidad NaCl/100 g a 293 K |
30.5 |
35,9 |
Propiedades químicas del agua pesada
El agua pesada puede participar en cualquier proceso químico en el que pueda participar el agua. El agua pesada, por otro lado, responde más lentamente que el agua. El agua pesada tiene una reactividad más baja que el agua porque el enlace O-D tiene una energía de disociación más alta que el enlace O-H.
- Deuterólisis: Ciertas sales inorgánicas son hidrolizadas por agua. Procesos similares, conocidos como deuterólisis de sal, ocurren cuando se usa agua pesada.
AlCl 3 + 3D 2 O → Al(OD) 3 + 3DCl
BaS + 2D 2 O → Ba (OD) 2 + D 2 S
- Acción sobre los metales: El agua pesada reacciona con metales reactivos como el sodio y el calcio, liberando deuterio y generando álcalis pesados.
2Na + 2D 2 O → 2NaOD + D 2
- Acción sobre los rusts metálicos: Los álcalis pesados se forman cuando los rusts básicos como el monrust de sodio y el rust de calcio se combinan con agua pesada.
Na2O + D2O → 2NaOD
- Acción sobre rusts no metálicos: los deuteroácidos se forman cuando el agua pesada se combina con rusts ácidos no metálicos como el trirust de azufre, el pentrust de dinitrógeno y otros.
- Acción de los nitruros, fosfuros y carburos metálicos: Con los nitruros metálicos, el agua pesada libera amoníaco pesado.
Mg 3 N 2 + 6D 2 O → 3Mg(OD) 2 + 2ND 3
Produce deuterón fosfina cuando se utilizan fosfuros metálicos.
Ca 3 P 2 + 6D 2 O → 3Ca(OD) 2 + 2PD 3
Produce deuterón acetileno o deuterón metano cuando se utilizan carburos metálicos.
CaC 2 + 2D 2 O → 3Ca(OD) 2 + C 2 D 2
- Formación de deuteratos de sal: Los deuteratos de sal están formados por agua pesada. Cuando la sal cristaliza de una solución en agua pesada, se producen estos deuteratos. Ejemplo: CuSO 4 .5D 2 O, MgSO 4 .7D 2 O.
- Reacciones de intercambio: el agua pesada interactúa con una variedad de sustancias que contienen átomos de hidrógeno responsables, lo que da como resultado el reemplazo parcial o completo de los átomos de H por deuterio. Si los compuestos incluyen átomos de hidrógeno iónicos (polares), es más probable que ocurran los procesos de intercambio.
NaOH + D2O → NaOD + HDO
HCl + D 2 O → DCl + HDO
- Efectos biológicos: las plantas y los animales se desarrollan más lentamente en agua pesada. Las semillas no germinan en agua pura y pesada, y los peces pequeños mueren. Además, el agua con una alta concentración de D 2 O es tóxica.
Usos del agua pesada
- Como germicida y bactericida, se utiliza agua pesada.
- La característica de reacción de intercambio del agua pesada se utilizó para investigar las estructuras y la basicidad de varios oxiácidos.
- El deuterio se produce a partir de agua pesada por electrólisis o una reacción con un metal activo como el sodio.
- En los reactores nucleares, el agua pesada se utiliza como moderador. Los neutrones de baja velocidad son necesarios para la fisión de los átomos de uranio. Al fluir a través de agua pesada, que actúa como moderador, los neutrones se retardan.
- El agua pesada se utiliza con frecuencia como marcador en la investigación de reacciones de sustitución electrófila aromática, actividades metabólicas y otros procesos.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: En el agua pesada, ¿qué isótopo de hidrógeno está presente?
Responder:
El deuterio es un isótopo de hidrógeno. El agua pesada está formada por los elementos deuterio y oxígeno. Debido a un neutrón adicional en su núcleo, es un isótopo estable de hidrógeno con el doble de masa de hidrógeno.
Pregunta 2: ¿Cuál es el propósito del agua pesada?
Responder:
El agua pesada se usa para matar gérmenes y bacterias. La estructura y basicidad de algunos oxiácidos se estudian utilizando la característica de reacción de intercambio del agua pesada. El deuterio se produce a partir de agua pesada por electrólisis o una reacción con un metal activo como el sodio. En los reactores nucleares, el agua pesada se utiliza como moderador. Los neutrones de baja velocidad son necesarios para la fisión de los átomos de uranio. Al fluir a través de agua pesada, que actúa como moderador, los neutrones se retardan. El agua pesada se utiliza con frecuencia como marcador en la investigación de reacciones de sustitución electrófila aromática, actividades metabólicas y otros procesos.
Pregunta 3: ¿Qué tan pesada se prepara el agua?
Responder:
El hidrógeno se libera significativamente más rápido que el deuterio cuando se electroliza el agua. Como resultado, los enlaces H 2 O se rompen más fácilmente (18 veces más fácilmente) que los enlaces D 2 O. En consecuencia, si se prolonga la electrólisis hasta que quede una pequeña cantidad de agua, el residuo es D 2 O puro. Cuando se electrolizan aproximadamente 30 litros de agua, se produce aproximadamente 1 mililitro de agua pesada.
Pregunta 4: ¿Qué es la deuterólisis?
Responder:
El agua hidroliza algunas sales inorgánicas. Cuando se utiliza agua pesada, se producen procesos similares conocidos como deuterólisis salina.
AlCl 3 + 3D 2 O → Al(OD) 3 + 3DCl
BaS + 2D 2 O → Ba(OD) 2 + D 2 S
Pregunta 5: ¿Cuáles son las propiedades del agua pesada?
Responder:
El D 2 O es un líquido insípido, iNodero e incoloro. A 11,6 °C, tiene una densidad máxima de –1,1073 gmL –1 . Debido a que el agua pesada es más viscosa que el agua ordinaria, tiene una menor solubilidad de la sal que el agua ordinaria. La mayor masa nuclear de un átomo de deuterio que la de un átomo de hidrógeno, así como los enlaces de hidrógeno más fuertes en D 2 O que en H 2 O, explican casi todas las constantes físicas de D 2 O o superiores a H 2 O.
Pregunta 6: ¿Qué es la destilación fraccionada?
Responder:
La separación del agua pesada del agua ordinaria puede verse afectada por la técnica de destilación fraccionada. En este enfoque, se utiliza la diferencia en los puntos de ebullición del agua normal (100 °C) y el agua pesada (101,42 °C). Como resultado, la mitad más ligera de la mezcla se separa primero, dejando atrás un residuo rico en agua más pesado (D 2 O).
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Artículo escrito por amanarora3dec y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA