الماء مقابل الماء الثقيل: الفرق والمقارنة

تشير النظائر إلى أعضاء نفس العائلة الذين يشتركون في نفس العدد الذري ويختلفون قليلاً في الكتلة الذرية. ستشكل نظائر العنصر نفسه مركبات مختلفة في تركيبة مع عنصر آخر.

يختلف المركب الناتج قليلاً عن المركب المتكون بسبب مزيج النظير. يمكن أيضًا ملاحظة هذه الاختلافات الطفيفة في الماء والماء الثقيل.

الوجبات السريعة الرئيسية

1. يتكون الماء (H2O) من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين ، بينما يحتوي الماء الثقيل (D2O) على ذرتين من الديوتيريوم (نظير هيدروجين) وذرة أكسجين واحدة.
2. الماء الثقيل أكثر كثافة من الماء العادي بسبب النيوترون الإضافي في كل ذرة ديوتيريوم.
3. يستخدم الماء الثقيل في المفاعلات النووية كمبرد وسيط نيوتروني ، في حين أن الماء العادي له مجموعة واسعة من التطبيقات اليومية.

الماء مقابل الماء الثقيل

يحتوي الماء الثقيل على نسبة أعلى من نظير الديوتيريوم ، بدلاً من ذرات الهيدروجين العادية ، مما يجعله "أثقل". المياه (مياه الشمال) آمنة للاستهلاك والاستخدام البشري ، والماء الثقيل غير مخصص للشرب أو الاستخدام المنتظم بسبب خصائصه.

الماء هو مصدر الحياة لجميع الكائنات الحية. ينضم الهيدروجين والأكسجين كروابط تساهمية بنسب ثابتة لتكوين الماء. تنحني بنية الجزيء وتشكل زاوية مقدارها 104.5 درجة.

نظرًا للطبيعة الكهربية العالية لذرات الأكسجين ، فإن ذرات الأكسجين لها شحنة سالبة جزئية تؤدي إلى قطبية رابطة OH. علاوة على ذلك ، يبدو أن جزيئات الماء تتجمع على السطح بترتيب قصير المدى.

كما يوحي الاسم ، يحتوي الماء الثقيل على نظائر هيدروجين أثقل وأعلى. في STP ، الماء الثقيل ليس له لون. يتحول إلى سائل عديم اللون والرائحة في درجة حرارة الغرفة.

يؤدي خليط الماء العادي والثقيل إلى تكوين خليط غير متجانس. يبدأ التحليل الكهربائي باستخدام وعاء فولاذي كالكاثود، وصفيحة من النيكل كالأنود، والماء وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) كالكهارل. تم اكتشافه لأول مرة في عام 1932.

جدول المقارنة

معلمات المقارنة	مياه	الماء الثقيل
الصيغة الكيميائية	H2O هي الصيغة الكيميائية للماء.	يبلغ سمك الماء 997 كيلوجرام / متر مكعب.
الكتلة المولية	وفقًا للحقائق ، فإن الكتلة المولية لها 18 جم / مول.	يحتوي الماء الثقيل على كتلة مولية تبلغ 20 جم / مول.
نقطة الغليان	كما تقول الحقائق ، تبلغ درجة غليانها 100 درجة مئوية.	تبلغ درجة غليان الماء الثقيل 101.4 درجة مئوية.
نقطة التجمد	يتجمد الماء عند درجة حرارة 0 مئوية.	لكن الماء الثقيل تبلغ درجة التجمد 3.8 درجة مئوية.
كثافة	كثافة الماء الثقيل 1.11 جرام / سم مكعب.	كثافة الماء الثقيل 1.11 جرام / سم مكعب.

ما هو الماء؟

الماء ، الذي يغطي جزءًا كبيرًا من أرضنا ، هو مركب كيميائي يتكون من الهيدروجين والأكسجين المرتبطين في رابطة تساهمية. يرجع سلوك الماء إلى خصائصه ، أي التوتر السطحي واللزوجة. تشكل جزيئات الماء أيضًا روابط هيدروجينية.

يمكن للمرء أن يجد الماء في ثلاث ولايات. الجليد هو الحالة الصلبة التي تتكون نتيجة تجمد الماء عند درجة صفر مئوية. الماء هو الشكل السائل الذي يغطي حوالي 0% من الأرض. بخار الماء هو الحالة الغازية التي تتشكل عند غليان الماء عند 71 درجة مئوية. 

الماء عديم اللون والرائحة والمذاق. تمتزج جميع الغازات والسكريات والأملاح والأحماض تقريبًا وتذوب في الماء تقريبًا ، وهو ما يُعرف باسم المذيب الشامل.

عندما يقترن بالمذيبات الأخرى ، فإنه يؤدي إلى تكوين المواد الأزيوتروبية. التوتر السطحي حرارة نوعية، والتوصيل الحراري للماء أعلى عند مقارنته بالسوائل والسوائل الأخرى. 

علاوة على ذلك ، توصل المياه كميات ضئيلة من الكهرباء. ومع ذلك ، فإن إضافة المواد الأيونية يؤدي إلى تكوين الأيونات في السائل ، مما يزيد من الموصلية.

الماء ضروري لكل لحظة في الحياة. في حين أن 78٪ من أجسامنا عبارة عن ماء ، يحتاج الإنسان الذي يتمتع بصحة جيدة إلى حوالي 7 لترات.

إلى جانب جسم الإنسان ، يلعب الماء أيضًا دورًا مهمًا في الزراعة ، والحفاظ على الرقم الهيدروجيني ، والغسيل ، والحفاظ على توازن الماء على الأرض. 

ما هو الماء الثقيل؟

أكسيد الديوتيريوم ، المعروف أيضًا باسم الماء الثقيل ، هو مركب كيميائي يتكون من الديوتيريوم والأكسجين. الديوتيريوم هو نظير ثقيل لـ H2 ، أي الهيدروجين ، وبالتالي لديه كتلة ذرية أعلى.

وبالتالي ، فإن الكتلة المولية للماء الثقيل أعلى من كتلة الماء العادي. نظرًا لوجود الديوتيريوم ، تختلف خصائص الماء الثقيل (على سبيل المثال ، الكيميائية والفيزيائية) اختلافًا طفيفًا مقارنةً بالماء العادي.

يحتوي الماء الثقيل على كتلة جزيئية تبلغ 20.02 جرام / مول ، وكثافة 1.107 جم / مل ، وعزم ثنائي القطب 1.87 د. علاوة على ذلك ، تبلغ درجة انصهار الماء الثقيل 3.82 درجة مئوية ، ونقطة غليانه هي 101.4 درجة مئوية. 

يؤدي القلوي إلى تكوين ماء ثقيل في وجود التحليل الكهربائي للماء. علاوة على ذلك ، يتم تصنيف الماء الثقيل مرة أخرى إلى مياه شبه ثقيلة ، وأكسجين ثقيل ، ومياه ثلاثية.

يحتوي الماء شبه الثقيل ، المعروف أيضًا باسم HDO ، على التركيب الكيميائي لدوتريوم واحد وبروتيوم واحد وذرة واحدة من الأكسجين.

يؤدي وجود نظائر الأكسجين الأثقل في الماء الذي يحتوي على الأكسجين الثقيل إلى تسميته. المياه الثلاثية ، المعروفة أيضًا باسم T2O ، هي مياه غنية جدًا ومشعة بسبب التريتيوم (أثقل نظائر الهيدروجين).

الاختلافات الرئيسية بين الماء والماء الثقيل

1. يشمل الاستهلاك الكيميائي للماء ذرتين من الهيدروجين مع جزء واحد من الأكسجين. يتضمن التركيب الكيميائي للماء الثقيل ذرتين من الديوتيريوم مع ذرة واحدة من الأكسجين. 
2. الماء له هيكل أوسع بسبب روابطه الهيدروجينية. على العكس من ذلك ، فإن الماء الثقيل هو رباعي السطوح بسبب زيادة عدد الروابط الهيدروجينية الموجودة لكل جزيء ماء ثقيل.
3. ونظرًا لكثافتها المنخفضة، فإن مكعبات الثلج المصنوعة من الماء لن تغوص؛ بدلا من ذلك، فإنها سوف تطفو على الماء. ولكن بسبب الكثافة العالية، فإن مكعبات الثلج المصنوعة من الماء الثقيل سوف تغوص في الماء.
4. يحتوي الماء على درجة حموضة 7 ، مما يدل على أنه محايد. لكن الماء الثقيل يحتوي على درجة حموضة 7.44 ، مما يجعله حمضًا أضعف. 
5. الماء هو الحياة لكل كائن حي. من الشرب إلى الأعمال اليومية، الماء ضروري لكل نشاط في حياة الإنسان. الماء مرادف للبقاء. لكن استخدام الماء الثقيل موجود في المياه النووية. علاوة على ذلك، فإن الاستهلاك المفرط للمياه الثقيلة يمكن أن يكون قاتلا. 

مراجع حسابات

1. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/j100862a028
2. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.101.065502