与重水
氢有两种重要的同位素氘和氚,俗称重氢和超重氢,它们分别与氧结合而成的水叫重水(D2O)和超重水(T2O)。
重水在自然界含量稀少,而自然界却几乎不含超重水,超重水不能从自然界获得。
两者在原子能的利用上都具用重要作用。
制备
自然界中几乎没有超重水的踪迹,无法从普通水中获取,只能用人工方法制造。制造重水的一般方法是把锂的同位素放在反应堆中,在中子的作用下,使锂的原子核发生转变,生成超重氢、氢化锂和氘化锂等,再用复杂的化学方法把超重氢分离出来,和氧化合生成超重水。
生产超重水的速度异常缓慢。按目前生产水平,一座巨型工厂工作两年,仅能生产出几公斤重水。而且生产一公斤超重氢就要耗去将近十吨的原子燃料,所以超重水的价格是重水的几千倍。
应用
因为超重水有放射性,因而可以在生物或化学的研究过程中作为“示踪原子”。例如,要了解病人体内水分循环情况时,可让病人喝一点含微量重水的茶水,半小时后,就会发现尿有放射性,一直到十四天以后才消失。说明水在人体里停图的时间是十四天。如果要了解化学反应中水的来龙去脉,也可以加上微量的重水,就会清楚地告诉人们,水在化学反应过程中的行踪。
由于超重水会衰变,其半衰期约12年,因此,它还可以用来判断各种水基液体的年龄,如葡萄酒。超重水也可以用来测量水在一个人的身体的总体积。超重水分配本身到所有身体腔室相对较快。尿液中超重水浓度和体内的浓度相近。因此,已知原来超重水的摄入和浓度,可以计算出水在人体内的总体积。
重水和超重水又可以当作氢弹的“炸药”。因为重氢和超重氢可以在几千万度的高温下发生聚合反应,同时放出比原子弹还大得多的能量。氢弹比原子弹的威力大得多就是这个原因。
重水和超重水蕴藏的能量,可以说在世界上是无与伦比的。据理论上的计算,一克重氢全部发生聚合反应,可以放出相当于十万千瓦小时的能量。如果把一吨海水中所含的重水全部提炼出来,并使其中的重氢都发生聚合反应,那么,产生的能量就相当于一座15万千瓦的发电厂一昼夜所发出的电力。