Les isotopes désignent les membres d'une même famille qui partagent le même numéro atomique et dont la masse atomique varie légèrement. Les isotopes d'un même élément formeront différents composés en combinaison avec un autre élément.
Le composé résultant varie légèrement du composé formé en raison de la combinaison de l'isotope. Ces légères variations peuvent également être constatées dans l'eau et l'eau lourde.
Faits marquants
- L'eau (H2O) est constituée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène, tandis que l'eau lourde (D2O) contient deux atomes de deutérium (un isotope de l'hydrogène) et un atome d'oxygène.
- L'eau lourde est plus dense que l'eau ordinaire en raison du neutron supplémentaire dans chaque atome de deutérium.
- L'eau lourde est utilisée dans les réacteurs nucléaires comme liquide de refroidissement et modérateur de neutrons, tandis que l'eau ordinaire a une large gamme d'applications quotidiennes.
Eau contre eau lourde
L'eau lourde contient une proportion plus élevée d'isotope deutérium, au lieu d'atomes d'hydrogène normaux, ce qui la rend « plus lourde ». L'eau (eau normale) est sans danger pour la consommation et l'utilisation humaines, l'eau lourde n'est pas destinée à la consommation ou à une utilisation régulière en raison de ses propriétés.
Pour tous les organismes vivants, l'eau est la source de la vie. L'hydrogène et l'oxygène se rejoignent sous forme de liaisons covalentes dans une proportion fixe pour former de l'eau. La structure de la molécule est courbée, formant un angle de 104.5°.
En raison de la nature électronégative élevée des atomes d'oxygène, les atomes d'oxygène ont une charge négative partielle conduisant à la polarité de la liaison OH. De plus, les molécules d'eau semblent s'agréger à la surface dans un ordre à courte distance.
Comme son nom l'indique, l'eau lourde contient des isotopes d'hydrogène plus lourds et plus élevés. A STP, l'eau lourde n'a pas de couleur. Il se transforme en un liquide incolore et inodore à température ambiante.
Le mélange d'eau ordinaire et d'eau lourde conduit à la formation d'un hétérogène mélange. L'électrolyse commence avec un récipient en acier comme cathode, une feuille de nickel comme anode et de l'eau et du NaOH comme électrolyte. Il a été découvert pour la première fois en 1932.
Tableau de comparaison
| Paramètres de comparaison | Eau | Eau lourde |
|---|---|---|
| Formule chimique | H2O est la formule chimique de l'eau. | L'eau a une épaisseur de 997 kilogrammes / mètre cube. |
| Masse molaire | Selon les faits, il a une masse molaire de 18g/mol. | L'eau lourde a une masse molaire de 20g/mol. |
| Point d'ébullition | Comme le disent les faits, il a un point d'ébullition de 100 degrés Celsius. | L'eau lourde a un point d'ébullition de 101.4 degrés Celsius. |
| Point de congélation | L'eau gèle à 0 degré Celsius. | Mais l'eau lourde a un point de congélation de 3.8 degrés Celsius. |
| Densité | L'eau lourde a une densité de 1.11 grammes / centimètre cube. | L'eau lourde a une densité de 1.11 grammes / centimètre cube. |
Qu'est-ce que l'Eau ?
L'eau, couvrant une partie importante de notre terre, est un composé chimique composé d'hydrogène et d'oxygène liés par une liaison covalente. Le comportement de l'eau est dû à ses propriétés, c'est-à-dire sa tension superficielle et sa viscosité. Les molécules d'eau forment également des liaisons hydrogène.
On peut trouver de l'eau dans trois états. La glace est l'état solide formé par la congélation de l'eau à 0°C. L'eau est la forme liquide qui couvre environ 71 % de la terre. La vapeur d'eau est l'état gazeux formé par l'eau bouillante à 100°C.
L'eau est incolore, inodore et insipide. Presque tous les gaz, sucres, sels et acides se mélangent et se dissolvent facilement dans l'eau, qui est connue comme un solvant universel.
Lorsqu'il est combiné avec d'autres solvants, il conduit à la formation d'azéotropes. La tension superficielle, chaleur spécifique, et la conductivité thermique de l'eau sont plus élevées par rapport aux autres fluides et liquides.
De plus, l'eau conduit de faibles quantités d'électricité. Cependant, l'ajout de substances ioniques entraîne la formation d'ions dans le liquide, ce qui augmente sa conductivité.
L'eau est essentielle à chaque instant de la vie. Alors que 78 % de notre corps est constitué d'eau, un être humain moyen en bonne santé a besoin d'environ 7 litres.
Outre le corps humain, l'eau joue également un rôle important dans l'agriculture, en maintenant le pH, le lavage et le maintien de l'équilibre hydrique sur terre.
Qu'est-ce que l'eau lourde ?
L'oxyde de deutérium, également appelé eau lourde, est un composé chimique composé de deutérium et d'oxygène. Le deutérium est un isotope lourd de H2, c'est-à-dire l'hydrogène, et a donc une masse atomique plus élevée.
Ainsi, la masse molaire de l'eau lourde est supérieure à celle de l'eau normale. En raison de la présence de deutérium, les propriétés de l'eau lourde (à la fois chimiques et physiques) diffèrent légèrement de celles de l'eau ordinaire.
L'eau lourde a une masse moléculaire de 20.02 grammes/mole, une densité de 1.107 g/mL et un moment dipolaire de 1.87 D. De plus, le point de fusion de l'eau lourde est de 3.82°C et son point d'ébullition est de 101.4°C.
Un alcali conduit à la formation d'eau lourde en présence d'électrolyse de l'eau. De plus, l'eau lourde est à nouveau classée en eau semi-lourde, lourde en oxygène et tritiée.
L'eau semi-lourde, également appelée HDO, contient la composition chimique d'un deutérium, d'un protium et d'un atome d'oxygène.
La présence d'isotopes d'oxygène plus lourds dans l'eau riche en oxygène est à l'origine de son nom. L'eau tritiée, également appelée T2O, est une eau super riche et radioactive en raison du tritium (l'isotope le plus lourd de l'hydrogène).
Principales différences entre l'eau et l'eau lourde
- La consommation chimique de l'eau comprend deux atomes d'hydrogène combinés à un peu d'oxygène. La composition chimique de l'eau lourde comprend deux atomes de deutérium combinés à un atome d'oxygène.
- L'eau a une structure plus large en raison de ses liaisons hydrogène. Au contraire, l'eau lourde est tétraédrique en raison du nombre plus élevé de liaisons hydrogène présentes par molécule d'eau lourde.
- En raison de la faible densité, les glaçons faits d'eau ne couleront pas ; à la place, ils vont flotter sur l'eau. Mais, en raison de la densité élevée, les glaçons fabriqués à partir d'eau lourde couleront dans l'eau.
- L'eau a un pH de 7, ce qui signifie qu'elle est neutre. Mais l'eau lourde a un pH de 7.44, ce qui en fait un acide plus faible.
- L'eau est la vie de tout organisme vivant. De la boisson aux tâches quotidiennes, l’eau est essentielle à chaque activité de la vie humaine. L'eau est synonyme de survie. Mais l’utilisation d’eau lourde se retrouve dans les eaux nucléaires. De plus, une consommation excessive d’eau lourde peut s’avérer fatale.
- https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/j100862a028
- https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.101.065502
Dernière mise à jour : 30 juin 2023
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Piyush Yadav a passé les 25 dernières années à travailler comme physicien dans la communauté locale. C'est un physicien passionné par l'idée de rendre la science plus accessible à nos lecteurs. Il est titulaire d'un baccalauréat en sciences naturelles et d'un diplôme d'études supérieures en sciences de l'environnement. Vous pouvez en savoir plus sur lui sur son page bio.
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