重水與普通水看起來十分相像,是無臭無味的液體,它們的化學(xué)性質(zhì)也一樣,不過某些物理性質(zhì)卻不相同。普通水的密度為1g/cm3,而重水的密度為1.056g/cm3;普通水的沸點(diǎn)為100℃,重水的沸點(diǎn)為101.42℃;普通水的冰點(diǎn)為0℃,重水的冰點(diǎn)為 3.8℃。此外,普通水能夠滋養(yǎng)生
重水(Deuterium oxide)是由氘和氧組成的化合物,也稱為氧化氘,分子式D2O,相對(duì)分子質(zhì)量20.0275,比水(H2O)的相對(duì)分子質(zhì)量18.0153高出約11%,因此叫做重水。由于氘與氫的性質(zhì)差別極小,因此重水和普通水化學(xué)性質(zhì)也很相似,重水的離子積常數(shù)為1.6*10-15。在天然水中,重水的含量約占0.02%。重水電解速率比普通水要小,可以用電解法將其提取。重水與普通水沸點(diǎn)有一定差別,因此也可以用蒸餾法進(jìn)行提純。
重水與普通水的區(qū)別
重水與普通水看起來十分相像,是無臭無味的液體,它們的化學(xué)性質(zhì)也一樣,不過某些物理性質(zhì)卻不相同。普通水的密度為1g/cm3,而重水的密度為1.056g/cm3;普通水的沸點(diǎn)為100℃,重水的沸點(diǎn)為101.42℃;普通水的冰點(diǎn)為0℃,重水的冰點(diǎn)為 3.8℃。此外,普通水能夠滋養(yǎng)生命,培育萬物,而重水則不能使種子發(fā)芽。人和動(dòng)物若是喝了重水,還會(huì)引起死亡。不過,重水的特殊價(jià)值體現(xiàn)于原子能技術(shù)應(yīng)用中。制造威力巨大的核武器,就需要重水來作為原子核裂變反應(yīng)中的減速劑,作中子的減速劑,也可作為制重氫的材料,普通水中含量約為0.02%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
地球上的水約有3,200分之一是半重水(HDO)。半重水可以透過電解及蒸餾,或以化學(xué)方法從普通水中提煉出來??梢允褂没瘜W(xué)方法,是因?yàn)橹貧浼捌胀湓佑捎谫|(zhì)量稍為不同,所以化學(xué)反應(yīng)的速度有異。當(dāng)水中的半重水到了相當(dāng)?shù)臐舛?,重水便?huì)因?yàn)樗肿又g交換氫原子而慢慢出現(xiàn)。要從半重水再提煉純正的重水亦可使用電解、蒸餾及化學(xué)方法。但是電解及蒸餾所需要的能量會(huì)非常巨大,因此一般這一步只會(huì)使用化學(xué)方法。
根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2022-2027年重水行業(yè)市場(chǎng)深度分析及發(fā)展研究報(bào)告》顯示:
重水主要用于核反應(yīng)堆中作減速劑,它可以減小中子的速率,使之符合發(fā)生裂變過程的需要。重水也是研究化學(xué)和生理變化中使用過的材料。濃而純的重水不能維持動(dòng)植物的生命,其致死濃度為60%~80%。
重水雖然在尖端技術(shù)上是寶貴的資源,但對(duì)人卻是有害的。人是不能飲用重水的,微生物、魚類在純重水或含重水較多(超過80%)的水中,只要數(shù)小時(shí)就會(huì)死亡。相反,含重水特別少的輕水,如雪水,卻能刺激生物生長(zhǎng)。
重水的主要用途是在核反應(yīng)堆中做“減速劑”,減小中子速度,控制核裂變過程,也是冷卻劑。重水和氘在研究化學(xué)和生理變化中是一種寶貴的示蹤材料,例如,用稀重水灌溉樹木,可以測(cè)知水在這些植物中每小時(shí)可運(yùn)行十幾米到幾十米。測(cè)定飲過大量稀重水的人尿中的氘含量,知道水分子在人體中停留時(shí)間平均為14天。用氘代替普通氫,可以研究動(dòng)植物消化和新陳代謝過程。濃的或純重水不能維持動(dòng)植物生命,重水對(duì)一般動(dòng)植物的致死濃度為60%。
重水行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀分析
重水在尖端科技中有十分重要的用途。原子能發(fā)電站的心臟是原子反應(yīng)堆,為了控制原子反應(yīng)堆中核裂變反應(yīng)的正常進(jìn)行,需要用重水做中子的減速劑.電解重水可以得到重氫,重氫是制氫彈的原料,中國(guó)已于1967年6月17日成功地爆炸了第一顆氫彈,增漲了中國(guó)人民的志氣.更重要的是重氫進(jìn)行核聚變反應(yīng)時(shí),可放出巨大的能量,而且不會(huì)污染環(huán)境.有人計(jì)算推測(cè),如果將海水中的重氫都用于熱核反應(yīng)發(fā)電,其總能量相當(dāng)于全部海洋都變成了石油。
氮?dú)庾钪匾牡V物是硝酸鹽,南美洲智利的硝石礦(NaNO3),是地球上唯一存在的礦藏,是少見的含氮礦藏。氮在自然界中存在十分廣泛,并且氮對(duì)生物體內(nèi)亦有極大作用,動(dòng)植物體中的蛋白質(zhì)都含有氮,是組成氨基酸的基本元素之一。
重水在自然界的天然水中,含量約占0.015%。由于含量少,制備難,所以它的售價(jià)較高(約16元/毫升)。重水(D2O )由氘和氧組成的化合物,相對(duì)分子質(zhì)量約為20。而超重水T2O在天然水中極其稀少,其比例不到十億分之一。
重水可以通過多種方法生產(chǎn)。最初的方法是用電解法,因?yàn)橹厮疅o法電解,這樣可以從普通水中把它分離出來。還有一種簡(jiǎn)單方法是利用重水沸點(diǎn)高于普通水通過反復(fù)蒸餾得到。后來又發(fā)展了一些其他較佳的方法。重水雖然在尖端技術(shù)上是寶貴的資源,但對(duì)人卻是有害的.人是不能飲用重水的,微生物、魚類在純重水或含重水較多(超過80%)的水中,只要數(shù)小時(shí)就會(huì)死亡.相反,含重水特別少的輕水,如雪水,卻能刺激生物生長(zhǎng)。
專家表示:少量的重水?dāng)z入應(yīng)該并無大礙。在天然水中,重水本身就占大約占6400分之一,也就是說,我們每天喝的水中都會(huì)有極低濃度的重水。據(jù)估計(jì)成人的體內(nèi)大約就含約5克重水。
若要制取1公斤的重水需要超過100萬噸的天然水和大量的電能,而超重水成本比黃金高上百倍,比重水提取成本高上萬倍。按目前生產(chǎn)水平,一座巨型工廠工作兩年,僅能生產(chǎn)出幾Kg 重水。而且生產(chǎn)1Kg 超重氫就要耗去將近10噸的原子燃料,所以超重水的價(jià)格是重水的幾萬倍。
重水參與化學(xué)反應(yīng)的速率比普通水緩慢,而重水的特殊價(jià)值主要體現(xiàn)于原子能技術(shù)應(yīng)用中,是尖端技術(shù)上的寶貴資源。制造威力巨大的核武器,就需要重水來作為原子核裂變反應(yīng)中的減速劑,作中子的減速劑,這樣可以減小中子的速率,使之符合發(fā)生裂變過程的需要。重水也是制作重氫的材料。
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2022-2027年重水行業(yè)市場(chǎng)深度分析及發(fā)展研究報(bào)告
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