Water versus zwaar water: verschil en vergelijking

Isotopen verwijzen naar die leden van dezelfde familie die hetzelfde atoomnummer delen en enigszins verschillen in atoommassa. De isotopen van hetzelfde element zullen verschillende verbindingen vormen in combinatie met een ander element.

De resulterende verbinding verschilt enigszins van de gevormde verbinding vanwege de combinatie van de isotoop. Deze kleine variaties kunnen ook worden opgemerkt in water en zwaar water.

Key Takeaways

1. Water (H2O) bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom, terwijl zwaar water (D2O) twee deuteriumatomen (een waterstofisotoop) en één zuurstofatoom bevat.
2. Zwaar water is dichter dan gewoon water vanwege de extra neutronen in elk deuteriumatoom.
3. Zwaar water wordt gebruikt in kernreactoren als koelmiddel en neutronenmoderator, terwijl gewoon water een breed scala aan alledaagse toepassingen heeft.

Water versus zwaar water

Zwaar water bevat een groter deel van de isotoop deuterium, in plaats van normale waterstofatomen, waardoor het "zwaarder" wordt. Water (normaal water) is veilig voor menselijke consumptie en gebruik, zwaar water is vanwege zijn eigenschappen niet bedoeld om te drinken of regelmatig te gebruiken.

Voor alle levende organismen is water de bron van leven. Waterstof en zuurstof komen samen als covalente bindingen in een vaste verhouding om water te vormen. De structuur van het molecuul is gebogen en vormt een hoek van 104.5°.

Vanwege de hoge elektronegatieve aard van zuurstofatomen, hebben zuurstofatomen een gedeeltelijke negatieve lading die leidt tot de polariteit van de OH-binding. Bovendien lijken watermoleculen zich op korte afstand op het oppervlak te verzamelen.

Zoals de naam al doet vermoeden, bevat zwaar water zwaardere en hogere waterstofisotopen. Bij RWZI heeft zwaar water geen kleur. Bij kamertemperatuur verandert het in een kleurloze en geurloze vloeistof.

Het mengsel van normaal en zwaar water leidt tot de vorming van een heterogeen mengsel. De elektrolyse begint met een stalen vat als kathode, een nikkelplaat als anode en water en NaOH als elektrolyt. Het werd voor het eerst ontdekt in 1932.

Vergelijkingstabel

Parameters van vergelijking:	Water	Zwaar water
Chemische formule	H2O is de chemische formule van water.	Water heeft een dikte van 997 kilogram/kubieke meter.
Molmassa	Volgens de feiten heeft het een molaire massa van 18g/mol.	Zwaar water heeft een molaire massa van 20g/mol.
Kookpunt	Zoals de feiten zeggen, heeft het een kookpunt van 100 graden Celsius.	Zwaar water heeft een kookpunt van 101.4 graden Celsius.
Vriespunt	Water bevriest bij 0 graden Celsius.	Maar zwaar water heeft een vriespunt van 3.8 graden Celsius.
Dichtheid	Zwaar water heeft een dichtheid van 1.11 gram / kubieke centimeter.	Zwaar water heeft een dichtheid van 1.11 gram / kubieke centimeter.

Wat is water?

Water, dat een aanzienlijk deel van onze aarde beslaat, is een chemische verbinding die bestaat uit waterstof en zuurstof die in een covalente binding zijn verbonden. Het gedrag van water is te wijten aan zijn eigenschappen, dwz oppervlaktespanning en viscositeit. Watermoleculen vormen ook waterstofbruggen.

Je kunt water in drie staten vinden. IJs is de vaste toestand die wordt gevormd door het bevriezen van water bij 0°C. Water is de vloeibare vorm die ongeveer 71% van de aarde bedekt. Waterdamp is de gasvormige toestand die wordt gevormd door het koken van water bij 100°C. 

Water is kleurloos, reukloos en smaakloos. Bijna alle gassen, suikers, zouten en zuren kunnen gemakkelijk worden gemengd en opgelost in water, dat bekend staat als een universeel oplosmiddel.

In combinatie met andere oplosmiddelen leidt dit tot de vorming van azeotropen. De oppervlaktespanning, specifieke hitteen de thermische geleidbaarheid van water zijn hoger in vergelijking met andere vloeistoffen en vloeistoffen. 

Bovendien geleidt water magere hoeveelheden elektriciteit. De toevoeging van ionische stoffen leidt echter tot de vorming van ionen in de vloeistof, waardoor de geleidbaarheid toeneemt.

Water is essentieel voor elk moment van het leven. Terwijl 78% van ons lichaam uit water bestaat, heeft een gemiddeld gezond mens ongeveer 7 liter nodig.

Naast het menselijk lichaam speelt water ook een belangrijke rol in de landbouw, het handhaven van de pH, het wassen en het in stand houden van de waterbalans op aarde. 

Wat is zwaar water?

Deuteriumoxide, ook wel zwaar water genoemd, is een chemische verbinding die bestaat uit deuterium en zuurstof. Deuterium is een zware isotoop van H2, oftewel waterstof, en heeft dus een hogere atoommassa.

De molaire massa van zwaar water is dus hoger dan die van normaal water. Vanwege de aanwezigheid van deuterium verschillen de eigenschappen van zwaar water (dwz zowel chemisch als fysisch) enigszins in vergelijking met gewoon water.

Zwaar water heeft een moleculaire massa van 20.02 gram/mol, een dichtheid van 1.107 g/ml en een dipoolmoment van 1.87 D. Bovendien is het smeltpunt van zwaar water 3.82°C en het kookpunt 101.4°C. 

Een alkali leidt tot de vorming van zwaar water in aanwezigheid van waterelektrolyse. Bovendien wordt zwaar water weer onderverdeeld in halfzwaar, zwaar zuurstof en getritieerd water.

Halfzwaar water, ook bekend als HDO, bevat de chemische samenstelling van één deuterium, één protium en één zuurstofatoom.

De aanwezigheid van zwaardere zuurstofisotopen in zwaar zuurstofwater leidt tot zijn naam. Getritieerd water, ook bekend als T2O, is superrijk water en radioactief vanwege tritium (de zwaarste isotoop van waterstof).

Belangrijkste verschillen tussen water en zwaar water

1. Het chemische verbruik van water omvat twee atomen waterstof gecombineerd met een beetje zuurstof. De chemische samenstelling van zwaar water omvat twee atomen deuterium gecombineerd met één atoom zuurstof. 
2. Water heeft door zijn waterstofbruggen een bredere structuur. Integendeel, zwaar water is tetraëdrisch vanwege het grotere aantal waterstofbruggen dat per zwaar watermolecuul aanwezig is.
3. Door de lage dichtheid zullen ijsblokjes gemaakt van water niet zinken; in plaats daarvan zullen ze dat doen drijven op het water. Maar vanwege de hoge dichtheid zullen ijsblokjes gemaakt van zwaar water in water zinken.
4. Water heeft een pH van 7, wat zegt dat het neutraal is. Maar zwaar water heeft een pH van 7.44, waardoor het een zwakker zuur is. 
5. Water is leven voor elk levend organisme. Van drinken tot dagelijkse klusjes: water is essentieel voor elke activiteit van het menselijk leven. Water is synoniem met overleven. Maar het gebruik van zwaar water wordt aangetroffen in kernwateren. Bovendien kan overmatige consumptie van zwaar water fataal zijn. 

Referenties

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

Laatst bijgewerkt: 30 juni 2023