Wasser vs. schweres Wasser: Unterschied und Vergleich

Isotope beziehen sich auf die Mitglieder derselben Familie, die dieselbe Ordnungszahl haben und sich geringfügig in der Atommasse unterscheiden. Die Isotope desselben Elements bilden in Kombination mit einem anderen Element unterschiedliche Verbindungen.

Die resultierende Verbindung weicht geringfügig von der aufgrund der Kombination des Isotops gebildeten Verbindung ab. Diese leichten Schwankungen können auch in Wasser und schwerem Wasser festgestellt werden.

Key Take Away

1. Wasser (H2O) besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom, während schweres Wasser (D2O) zwei Deuteriumatome (ein Wasserstoffisotop) und ein Sauerstoffatom enthält.
2. Schweres Wasser ist aufgrund des zusätzlichen Neutrons in jedem Deuteriumatom dichter als normales Wasser.
3. Schweres Wasser findet in Kernreaktoren als Kühlmittel und Neutronenmoderator Verwendung, während normales Wasser ein breites Spektrum an alltäglichen Anwendungen hat.

Wasser gegen schweres Wasser

Schweres Wasser enthält anstelle normaler Wasserstoffatome einen höheren Anteil des Isotops Deuterium, was es „schwerer“ macht. Wasser (normales Wasser) ist für den menschlichen Verzehr und Gebrauch sicher, schweres Wasser ist aufgrund seiner Eigenschaften nicht zum Trinken oder für den regelmäßigen Gebrauch bestimmt.

Für alle lebenden Organismen ist Wasser die Quelle des Lebens. Wasserstoff und Sauerstoff verbinden sich durch kovalente Bindungen in einem festen Verhältnis zu Wasser. Die Struktur des Moleküls ist gebogen und bildet einen Winkel von 104.5°.

Aufgrund der hohen elektronegativen Natur von Sauerstoffatomen haben Sauerstoffatome eine teilweise negative Ladung, die zur Polarität der OH-Bindung führt. Außerdem scheinen sich Wassermoleküle in einer kurzreichweitigen Ordnung auf der Oberfläche zu aggregieren.

Wie der Name schon sagt, enthält schweres Wasser schwerere und höhere Wasserstoffisotope. Bei STP hat schweres Wasser keine Farbe. Bei Raumtemperatur wird es zu einer farb- und geruchlosen Flüssigkeit.

Die Mischung aus normalem und schwerem Wasser führt zur Bildung von a heterogen Mischung. Die Elektrolyse beginnt mit einem Stahlgefäß als Kathode, einem Nickelblech als Anode und Wasser und NaOH als Elektrolyt. Es wurde erstmals 1932 entdeckt.

Vergleichstabelle

Vergleichsparameter	Wasser	Schweres Wasser
Chemische Formel	H2O ist die chemische Formel von Wasser.	Wasser hat eine Dicke von 997 Kilogramm/Kubikmeter.
Molare Masse	Laut Fakten hat es eine Molmasse von 18g/mol.	Schweres Wasser hat eine Molmasse von 20 g/mol.
Siedepunkt	Wie die Fakten besagen, hat es einen Siedepunkt von 100 Grad Celsius.	Schweres Wasser hat einen Siedepunkt von 101.4 Grad Celsius.
Gefrierpunkt	Wasser gefriert bei 0 Grad Celsius.	Aber schweres Wasser hat einen Gefrierpunkt von 3.8 Grad Celsius.
Signaldichte	Schweres Wasser hat eine Dichte von 1.11 Gramm/Kubikzentimeter.	Schweres Wasser hat eine Dichte von 1.11 Gramm/Kubikzentimeter.

Was ist Wasser?

Wasser, das einen erheblichen Teil unserer Erde bedeckt, ist eine chemische Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff, die in einer kovalenten Bindung verbunden sind. Das Verhalten von Wasser beruht auf seinen Eigenschaften, also Oberflächenspannung und Viskosität. Wassermoleküle bilden auch Wasserstoffbrückenbindungen.

Wasser gibt es in drei Bundesstaaten. Eis ist der feste Zustand, der durch das Gefrieren von Wasser bei 0 °C entsteht. Wasser ist die flüssige Form, die etwa 71 % der Erde bedeckt. Wasserdampf ist der gasförmige Zustand, der beim Kochen von Wasser bei 100 °C entsteht. 

Wasser ist farblos, geruchlos und geschmacklos. Nahezu alle Gase, Zucker, Salze und Säuren lassen sich leicht in Wasser vermischen und lösen, das als universelles Lösungsmittel bekannt ist.

In Kombination mit anderen Lösungsmitteln führt es zur Bildung von Azeotropen. Die Oberflächenspannung, spezifische Wärmeund Wärmeleitfähigkeit von Wasser sind im Vergleich zu anderen Fluiden und Flüssigkeiten höher. 

Darüber hinaus leitet Wasser geringe Mengen Strom. Allerdings führt die Zugabe ionischer Stoffe zur Bildung von Ionen in der Flüssigkeit, wodurch sich deren Leitfähigkeit erhöht.

Wasser ist für jeden Moment des Lebens unerlässlich. Obwohl unser Körper zu 78 % aus Wasser besteht, benötigt ein durchschnittlicher gesunder Mensch etwa 7 Liter.

Neben dem menschlichen Körper spielt Wasser auch eine wichtige Rolle in der Landwirtschaft, bei der Aufrechterhaltung des pH-Werts, beim Waschen und bei der Aufrechterhaltung des Wasserhaushalts auf der Erde. 

Was ist schweres Wasser?

Deuteriumoxid, auch schweres Wasser genannt, ist eine chemische Verbindung aus Deuterium und Sauerstoff. Deuterium ist ein schweres Isotop von H2, also Wasserstoff, und hat somit eine höhere Atommasse.

Daher ist die Molmasse von schwerem Wasser höher als die von normalem Wasser. Aufgrund des Vorhandenseins von Deuterium unterscheiden sich die Eigenschaften von schwerem Wasser (dh sowohl chemisch als auch physikalisch) geringfügig von denen von normalem Wasser.

Schweres Wasser hat eine Molekülmasse von 20.02 Gramm/Mol, eine Dichte von 1.107 g/ml und ein Dipolmoment von 1.87 D. Darüber hinaus beträgt der Schmelzpunkt von schwerem Wasser 3.82 °C und sein Siedepunkt 101.4 °C. 

Ein Alkali führt bei der Wasserelektrolyse zur Bildung von schwerem Wasser. Darüber hinaus wird schweres Wasser wiederum in halbschweres, sauerstoffreiches und tritiumhaltiges Wasser eingeteilt.

Halbschweres Wasser, auch bekannt als HDO, enthält die chemische Zusammensetzung von einem Deuterium, einem Protium und einem Sauerstoffatom.

Das Vorhandensein schwererer Sauerstoffisotope im sauerstoffreichen Wasser führt zu seinem Namen. Tritiiertes Wasser, auch T2O genannt, ist superreiches Wasser und aufgrund von Tritium (dem schwersten Wasserstoffisotop) radioaktiv.

Hauptunterschiede zwischen Wasser und schwerem Wasser

1. Der chemische Verbrauch von Wasser besteht aus zwei Wasserstoffatomen in Kombination mit einem bisschen Sauerstoff. Die chemische Zusammensetzung von schwerem Wasser besteht aus zwei Deuteriumatomen in Kombination mit einem Sauerstoffatom. 
2. Aufgrund seiner Wasserstoffbrückenbindungen weist Wasser eine breitere Struktur auf. Im Gegensatz dazu ist schweres Wasser tetraedrisch, da pro schwerem Wassermolekül mehr Wasserstoffbrückenbindungen vorhanden sind.
3. Aufgrund der geringen Dichte sinken Eiswürfel aus Wasser nicht; Stattdessen werden sie es tun schweben auf dem Wasser. Aufgrund der hohen Dichte sinken Eiswürfel aus schwerem Wasser jedoch im Wasser.
4. Wasser hat einen pH-Wert von 7, was bedeutet, dass es neutral ist. Aber schweres Wasser hat einen pH-Wert von 7.44, was es zu einer schwächeren Säure macht. 
5. Wasser ist Leben für jeden lebenden Organismus. Vom Trinken bis zur täglichen Arbeit ist Wasser für jede Aktivität des menschlichen Lebens unerlässlich. Wasser ist ein Synonym für Überleben. In Kerngewässern kommt jedoch die Verwendung von schwerem Wasser vor. Darüber hinaus kann übermäßiger Konsum von schwerem Wasser tödlich sein. 

Bibliographie

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

Letzte Aktualisierung: 30. Juni 2023