Agua pesada

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Agua pesada
Water molecule 3D.svg
Deuterium oxide Norsk.jpg
"Agua pesada" de Norsk Hydro
Nombre (IUPAC) sistemático
Agua-[2H]2
General
Otros nombres Agua pesada, Oxido de deuterio
Fórmula semidesarrollada D2O
Fórmula estructural 2H2O
Identificadores
Número CAS 7789-20-0[1]
Número RTECS ZC0230000
ChEBI 41981
PubChem 24602
UNII J65BV539M3
Propiedades físicas
Apariencia Líquido azul muy pálido, transparente
Densidad 1107 kg/m3; 1,107 g/cm3
Masa molar 20,0276 g/mol
Punto de fusión 4 °C (277 K)
Punto de ebullición 101,4 °C (375 K)
Viscosidad 1,25 mPa s (a 20 °C)
Índice de refracción 1,328
Propiedades químicas
Solubilidad en agua soluble
Momento dipolar 1.87 D
Peligrosidad
NFPA 704

NFPA 704.svg

0
1
1
Compuestos relacionados
Valores en el SI y en condiciones estándar
(25 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.

Se denomina agua pesada, formalmente óxido de deuterio, a una molécula de composición química equivalente al agua, en la que los dos átomos de hidrógeno son sustituidos por dos de deuterio; un isótopo pesado del hidrógeno (también conocido como "hidrógeno pesado"). Su fórmula química es: D2O ó 2H2O.

Introducción[editar]

El agua pesada es una forma de agua que contiene una cantidad más grande de lo normal del isótopo del hidrógeno, el deuterio, (también conocido como "hidrógeno pesado") en lugar del isótopo común de hidrógeno- 1 que hace que la mayor parte del hidrógeno en agua normal.[2] Por lo tanto, algunos o la mayoría de los átomos de hidrógeno en agua pesada contienen un neutrón, lo que provoca que cada átomo de hidrógeno sea aproximadamente dos veces más pesado que un átomo de hidrógeno normal (aunque el peso de las moléculas de agua no se ve sustancialmente afectada, ya que aproximadamente el 89 % del peso molecular reside en el átomo de oxígeno). El aumento de peso del hidrógeno en el agua hace que sea un poco más densa. El término coloquial agua pesada a menudo también se utiliza para referirse a una mezcla altamente enriquecida de agua que contiene principalmente óxido de deuterio, pero también contiene algunas moléculas de agua ordinarias, así: por ejemplo agua pesada se utiliza en reactores CANDU es 99,75 % enriquecido por un átomo de hidrógeno-fracción, lo que significa que 99,75 % de los átomos de hidrógeno son del tipo pesado. En comparación, en el agua ordinaria, a veces llamada "agua ligera", solo hay alrededor de 156 átomos de deuterio por cada millón de átomos de hidrógeno.

El agua pesada no es radiactiva. En su forma pura, tiene una densidad aproximadamente el 11 % mayor que el agua, pero por lo demás, es física y químicamente similar. Sin embargo, las diversas diferencias en deuterio -que contiene agua (que afectan especialmente a las propiedades biológicas) son más grandes que en cualquier otro que ocurren comúnmente compuesto isotópicamente sustituido por deuterio es único entre los ​isótopos estables en ser dos veces más pesado que el isótopo más ligero. Esta diferencia aumenta la fuerza de los enlaces hidrógeno-oxígeno del agua, y esto a su vez es suficiente para causar diferencias que son importantes para algunas de las reacciones bioquímicas. El cuerpo humano contiene de forma natural deuterio equivalente a aproximadamente cinco gramos de agua pesada, que es inofensivo. Cuando una fracción grande de agua (> 50 %) en los organismos superiores se sustituye por agua pesada, el resultado es la disfunción celular y la muerte.[3]

El agua pesada se produjo por primera vez en 1932, pocos meses después del descubrimiento del deuterio.[4] Con el descubrimiento de la fisión nuclear a finales de 1938, y la necesidad de un moderador de neutrones que capturara pocos neutrones, el agua pesada se convirtió en un componente de investigación de la primera energía nuclear. Desde entonces, el agua pesada ha sido un componente esencial en algunos tipos de reactores, tanto las que generan energía como los diseñados para producir isótopos para armas nucleares. Estos reactores de agua pesada tienen la ventaja de ser capaz de emplear uranio natural sin el uso de los moderadores de grafito que pueden plantear en la fase de desmantelamiento riesgos radiológicos[5] o de la explosión del polvo.[6] Los reactores más modernos utilizan uranio enriquecido con "agua ligera" normal (H2 O) como moderador.

Otras formas de agua pesada[editar]

Agua Semipesada[editar]

El agua semipesada, HDO, existe siempre que haya agua con hidrógeno ligero (Protio, 1H) y el deuterio (D o 2H) en la mezcla. Esto se debe a que los átomos de hidrógeno (hidrógeno-1 y deuterio) se intercambian rápidamente entre las moléculas de agua. El agua que contiene 50 % de H y 50 % de D en su hidrógeno en realidad contiene aproximadamente el 50 % HDO y 25 % cada uno de H2O y D2O, en equilibrio dinámico. En normal de agua, alrededor de 1 molécula en 3200 es HDO (un hidrógeno en 6400 es D), y las moléculas de agua pesada (D2O) solo se producen en una proporción de aproximadamente 1 molécula en 41 millones (es decir, uno de cada 6.4002). Así, las moléculas de agua semipesada son mucho más comunes que las moléculas homoisotópicas de agua pesada "pura".

El agua pesada-oxígeno[editar]

Agua enriquecida en los isótopos de oxígeno más pesados ​​17 O y 18 O también está disponible comercialmente, por ejemplo, para uso como un trazador isotópico no radiactivo. Se trata de "agua pesada", ya que es más densa que el agua normal (H2 18O es aproximadamente tan denso como D2 O, y el H217O está a medio camino entre el H2O y D2O), pero rara vez se llama agua pesada, ya que no contiene el deuterio que da D2O sus propiedades nucleares y biológicos inusuales. Es más cara que D2O debido a la mayor dificultad en la separación del 17 O 18 O.[7]

Agua tritiada[editar]

Agua tritiada contiene tritio en lugar de protio o deuterio. La fórmula química del agua tritiada, óxido de tritio o agua superpesada es:T2O o 3H2O. Esta forma es radiactiva.

Además hay otras variedades isotópicas como una forma sin nombre que correspondería a un "agua semi - superpesada", cuya fórmula química es HTO, THO o 1H3H O. Esta forma es radiactiva.

Propiedades[editar]

Esta diferencia en los elementos del núcleo modifica algunas de sus propiedades físicas, tales como la densidad o el punto de ebullición. El agua pesada se encuentra presente, en pequeñas cantidades, mezclada con el agua normal, y puede ser separada de ésta por destilación fraccionada. También se puede separar del agua por absorción con amoníaco que contenga deuterio.

Propiedad D2O (agua pesada) H2O (agua común)
Punto de fusión (°C) 3,82 0,0
Punto de ebullición (°C) 101,4 100,0
Densidad (a 20 °C, g/mL) 1,1056 0,9982
Temp. de máxima densidad (°C) 11,6 4,0
Viscosidad (a 20 °C, centipoise) 1,25 1,005
Tensión superficial (a 25 °C, dyn•cm) 71,93 71,97
Entalpía de fusión (cal/mol) 1,515 1,436
Entalpía de vaporización (cal/mol) 10,864 10,515
pH (a 25 °C) 7,41 7,00

Historia[editar]

Harold Urey descubrió el isótopo deuterio en 1931 y más tarde fue capaz de concentrarse en el agua.[8] El mentor de Urey, Gilbert Newton Lewis, aisló la primera muestra de agua pesada pura por electrólisis en 1933.[9] George de Hevesy y Hoffer utilizan agua pesada en 1934, en uno de los primeros experimentos de trazadores biológicos, para estimar la tasa de recambio de agua en el cuerpo humano. Emilian Bratu y Otto Redlich estudiaron la autodisociación de agua pesada en 1934.[10] Desde finales de los años treinta y durante la Segunda Guerra Mundial se realizaron grandes avances en la producción y uso de agua pesada en gran cantidad en los primeros experimentos nucleares muchos se mantuvieron en secreto debido a la importancia militar.[11]

Producción[editar]

En la Tierra, el agua deuterada, HDO, se encuentra de forma natural en el agua normal en una proporción de aproximadamente 1 molécula en 3200. Esto significa que 1 de cada 6400 átomos de hidrógeno es deuterio, que es 1 parte en 3200 por peso (peso de hidrógeno). El HDO se puede separar del agua normal mediante destilación o electrólisis y también por varios procesos de intercambio químico, los cuales aprovechan el efecto isotópico cinético. (Para obtener más información sobre la distribución isotópica del deuterio en el agua, véase Vienna Standard Mean Ocean Water.)

La diferencia de masa entre los dos isótopos de hidrógeno se traduce en una diferencia en la energía del punto cero y por lo tanto en una ligera diferencia en la velocidad a la que avanza la reacción. La producción de agua pesada pura mediante destilación o electrólisis requiere una gran cascada de imágenes fijas o cámaras de electrólisis y consume grandes cantidades de energía, por lo que, generalmente, se prefieren los métodos químicos. Históricamente el método químico más importante es el método de Geib-Spevack.

Un proceso alternativo,[12] patentado por Graham M. Keyser, utiliza láseres para disociar selectivamente hidrofluorocarbonos deuterados para formar deuterio fluoruro, que luego se puede separar por medios físicos. Aunque el consumo de energía para este proceso es mucho menor que para el proceso de sulfuro de Girdler, este método es actualmente poco económico debido a los gastos de adquisición de los hidrofluorocarbonos necesarias.

Como se ha señalado, moderno agua pesada comercial es casi universalmente conocido, y se vende como, óxido de deuterio. Con mayor frecuencia se venden en diversos grados de pureza, a partir de 98 % de enriquecimiento de 99,75 a 99,98 % de enriquecimiento de deuterio (grado reactor nuclear) y en ocasiones incluso mayor pureza isotópica.

Plantas productoras[editar]

Bandera de la Unión Soviética Unión Soviética[editar]

La Unión Soviética inició la producción en 1934 en Dnepropetrovsk, pero se interrumpido debido a la Operación Barbarroja. Después de 1946 se construyeron cinco plantas con una producción anual total de 20 toneladas.

Flag of Argentina.svg Argentina[editar]

Argentina es el principal productor y exportador, produciendo en una planta con capacidad de 200 t/año; está ubicada en Arroyito (provincia de Neuquén), operada por la empresa estatal ENSI.[13]

Flag of the United States.svg Estados Unidos[editar]

Estados Unidos produjo agua pesada hasta la década de 1980.

En 1953, los Estados Unidos comenzaron a utilizar agua pesada en los reactores de producción de plutonio de Savannah River Site (SRS). El primero de los cinco reactores de agua pesada entró en línea en 1953, y el último fue puesto en parada fría en 1996. Los reactores de SRS eran reactores de agua pesada que permitían producir tanto el plutonio como el tritio para el programa de armas nucleares de Estados Unidos.

Estados Unidos desarrolló el método de Geib-Spevack basado en el intercambio químico, que se empleó por primera vez a gran escala en una planta construida en Dana), Indiana, en 1945 y en la planta del río Savannah, Carolina del Sur en 1952. La SRP era operada por DuPont para el USDOE hasta el 1 de abril de 1989 cuando fue adquirida por Westinghouse.

Flag of Canada.svg Canadá[editar]

Canadá fue el mayor productor mundial hasta el cierre de la planta de agua pesada en 1997.

Como parte de su contribución al Proyecto Manhattan, Canadá construyó y operó una planta de 6 toneladas por año electrolítica de agua pesada en Trail, Columbia Británica, que comenzó a funcionar en 1943.

El reactor de potencia diseñado por Atomic Energy of Canada Limited (AECL) requiere grandes cantidades de agua pesada para actuar como moderador de neutrones y refrigerante. AECL pidió dos plantas de agua pesada que se construyeron y operaron en el Atlántico canadiense una en Glace Bay (por deuterio of Canada Limited) y la otra en Port Hawkesbury, Nueva Escocia (Canadá por General Electric). Estas plantas resultó tener problemas de diseño, construcción y producción de importantes y así AECL construyó la Planta de Agua Pesada Bruce ( 44.3273 ° N 81.5921 ° W ), que más tarde vendió a Ontario Hydro, para asegurar un suministro confiable de agua pesada para las centrales futuras. Las dos plantas de Nueva Escocia fueron cerradas en 1985, cuando su producción resultó ser innecesaria.

La Planta de Agua Pesada Bruce en Ontario fue la planta de producción de agua pesada más grande del mundo, con una capacidad de 700 toneladas por año. Empleaba el proceso de sulfuro de Girdler para producir agua pesada, y requería 340.000 toneladas de agua de alimentación para producir una tonelada de agua pesada. Era parte de un complejo que incluía ocho reactores CANDU que proporcionan calor y energía para la planta de agua pesada. El sitio se encuentra en Douglas Point cerca de Tiverton, Ontario, el Lago Huron, donde tuvo acceso a las aguas de los Grandes Lagos.

La planta de Bruce se inauguró en 1979 para abastecer de agua pesada a un gran aumento en la generación de energía nuclear de Ontario. La planta resultó ser mucho más eficiente de lo previsto y solo tres de las cuatro unidades planificadas fueron finalmente encargadas. Además, el programa de energía nuclear se hizo más lento y efectivamente se detuvo debido a un exceso de oferta percibida de la electricidad, más adelante se muestra a ser temporal, en 1993. Mejora de la eficiencia en el uso y reciclaje de agua pesada, más el exceso de producción en Bruce dejaron Canadá con agua pesada suficiente para sus necesidades futuras anticipadas. Además, el proceso de Girdler involucra grandes cantidades de sulfuro de hidrógeno, el aumento de las preocupaciones ambientales, si debe haber un comunicado. La planta de agua pesada Bruce fue cerrada en 1997, después de lo cual se desmanteló progresivamente y el sitio despejado.

Atomic Energy of Canada Limited (AECL) está investigando otros procesos más eficientes y favorables al medio ambiente para la creación de agua pesada. Esto es esencial para el futuro de los reactores CANDU ya que el agua pesada representa aproximadamente el 20 % del costo de capital de cada reactor.

Bandera de Noruega Noruega[editar]

En 1934 la compañía Norsk Hydro inauguró la primera planta comercial de producción del mundo, en la central hidroeléctrica de Vemork, Tinn, con una capacidad de 12 toneladas por año.[14] Durante la Segunda Guerra Mundial, a partir de 1940, la planta cayó bajo control alemán y los Aliados decidieron destruir la planta y su agua pesada para inhibir el desarrollo alemán de armas nucleares. (véase: Batalla del agua pesada )

Flag of India.svg India[editar]

La India es uno de los mayores productores mundial de agua pesada a través de su Heavy Water Board[15] [16] y también exporta a países como la República de Corea y los EE.UU.. Desarrollo del proceso de agua pesada en la India se realizó en tres fases: La primera (de finales de 1950 a mediados de 1980) fue un período de desarrollo de la tecnología, la segunda fase fue el despliegue de la tecnología y el proceso de estabilización (mediados de 1980 a principios de 1990) y la tercera la consolidó y un cambio hacia la mejora en la producción y conservación de la energía.

Flag of Iran.svg Irán[editar]

El 26 de agosto de 2006, el presidente iraní Ahmadineyad inauguró la ampliación de la planta de agua pesada del país, cerca de Arak. Irán ha indicado que la planta de producción de agua pesada funcionará en tándem con un reactor de investigación de 40 MW que tenía una fecha de finalización prevista en 2009.[17] [18]

Bandera de Rumania Rumanía[editar]

Rumania produce agua pesada en la planta Drobeta Girdler Sulfide y exporta ocasionalmente.

Flag of France.svg Francia[editar]

Francia operó una pequeña planta hasta 1970.

Flag of the United Kingdom.svg Reino Unido[editar]

Reino Unido en 1958 exportó 20 t a Israel.

Aplicaciones[editar]

Resonancia magnética nuclear[editar]

El óxido de deuterio se utiliza en la espectroscopia de resonancia magnética nuclear cuando el disolvente de interés es agua y el nucleido de interés es hidrógeno. Esto es debido a que la señal del disolvente agua podría interferir con la señal de la molécula de interés. El deuterio tiene un momento magnético diferente al hidrógeno y por lo tanto no contribuye a la señal de RMN a la frecuencia de resonancia del hidrógeno.

Química orgánica[editar]

El óxido de deuterio se utiliza a menudo como la fuente de deuterio para la preparación de isotopologs etiquetados específicamente de compuestos orgánicos. Por ejemplo, los enlaces CH adyacentes a grupos carbonilo cetónicos pueden ser reemplazados por enlaces de CD, utilizando ácido o catálisis básica. yoduro de trimetilsulfoxonio, a partir de sulfóxido de dimetilo y yoduro de metilo puede ser recristalizado a partir de óxido de deuterio, y luego disociado para regenerar yoduro de metilo y sulfóxido de dimetilo, tanto deuterio etiquetado. En los casos en que se contempla doble etiquetado específico por deuterio y el tritio, el investigador debe ser consciente de que el óxido de deuterio, dependiendo de la edad y el origen, puede contener tritio.

Espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier[editar]

El óxido de deuterio se utiliza a menudo en lugar de agua en la recogida de FTIR. Los espectros de las proteínas en solución. H2O crea una fuerte banda que se solapa con la región I de la amida de las proteínas. La banda de D2O se desplaza lejos de la región I de la amida.

Moderador de neutrones[editar]

La principal aplicación tecnológica del agua pesada ha sido como moderador en los procesos de fisión nuclear. Se utiliza en ciertos tipos de reactores nucleares como moderador de neutrones para frenar los neutrones de manera que sean más propensos a reaccionar con el fisible uranio-235 que con el uranio-238 que captura los neutrones sin fisión. El reactor CANDU utiliza este diseño. El agua ligera también actúa como moderador, pero como el agua ligera absorbe más neutrones que el agua pesada, los reactores con un moderador de agua ligera deben utilizar uranio enriquecido en lugar de uranio natural, de lo contrario la criticidad es imposible.

Debido a que no requieren de enriquecimiento de uranio, los reactores de agua pesada son motivo de preocupación en lo que respecta a la proliferación nuclear, ya que producción y extracción del plutonio pueden ser una vía relativamente rápida y barata de construir un arma nuclear, pues la separación química del plutonio del combustible es más fácil que la separación isotópica del U-235 del uranio natural. Esta posibilidad hizo que en el desarrollo de los primeros reactores nucleares se considerara seriamente su empleo, por lo que se convirtió en una sustancia estratégica. Durante la Segunda Guerra Mundial, los aliados emprendieron un conjunto de acciones directas para impedir el acceso de la nazis al agua pesada (véase la Batalla del agua pesada). Sin embargo, en los EE.UU., el primer reactor atómico experimental (1942), así como los reactores de producción de Hanford del Proyecto Manhattan que produjeron el plutonio para la prueba Trinity y la bomba Fat Man, utilizaron carbono puro (grafito) como moderador de neutrones combinado con agua corriente en las tuberías de refrigeración, y funcionó sin uranio enriquecido ni agua pesada. La producción de plutonio ruso y británico también utiliza reactores moderados por grafito. Hoy en día ha perdido parte de su importancia, al utilizarse como moderadores en las centrales nucleares otros materiales principalmente agua ligera o grafito aunque este también ha perdido peso debido a que puede arder.

Entre los estados con armas nucleares, Israel, India y Corea del Norte crearon sus primeras armas usado plutonio generado en reactores moderados con agua pesada y uranio natural de combustible, mientras que China, Sudáfrica y Pakistán sus primeras armas construidas lo fueron con uranio altamente enriquecido.

No hay evidencia de que los reactores de agua pesada civiles de energía, tales como el CANDU o diseños Atucha, se hayan utilizado para la producción militar de los materiales fisibles. En los estados que no tienen ya poseen armas nucleares, el material nuclear en estas instalaciones está bajo la salvaguardia de la OIEA,(Organismo Internacional de Energía Atómica), para impedir cualquier desvío.

Debido a su potencial empleo en armas nucleares, los programas, la posesión o la importación / exportación de grandes cantidades industriales de agua pesada están sujetas al control del gobierno en varios países. Los proveedores de agua pesada y la tecnología de producción de agua pesada por lo general se aplican salvaguardias administradas OIEA y la contabilidad material a agua pesada. En los EE.UU. y Canadá, las cantidades no industriales de agua pesada (es decir, en el programa de varios kg) están disponibles de forma rutinaria sin una licencia especial a través de los distribuidores de suministros químicos y empresas comerciales, como en el mundo antiguo de los principales productores Ontario Hydro. El costo actual (2006) de un kilogramo de agua pesada de 99,98 % de pureza reactor, es de aproximadamente $ 600 a $ 700. Pequeñas cantidades de pureza razonable (99,9 %) se pueden comprar de las casas de suministros químicos a precios más o menos de 1 dólar por gramo.[19]

Detector de neutrinos[editar]

El Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO), en Sudbury, Ontario utiliza 1.000 toneladas de agua pesada en préstamo en la Atomic Energy of Canada Limited. El detector de neutrinos está situado a 2.100 metros bajo tierra en una mina, para protegerlo de los muones producidos por los rayos cósmicos. El SNO fue construido para responder a la pregunta de si es o no posible que los neutrinos tipo electrón producidos por la fusión en el Sol (según la teoría el único tipo que el Sol debe producir directamente) podrían ser capaces de transformarse en otros tipos de neutrinos en el camino a la Tierra. El SNO detecta la radiación de Cherenkov en el agua a partir de electrones de alta energía producidos a partir de tipo electrón neutrinos que sean sometidos a reacciones con neutrones de deuterio, convirtiéndolos en protones y electrones (solo los electrones se mueven lo suficientemente rápido como para ser detectados de esta manera). El SNO también detecta la misma radiación en los eventos de dispersión de neutrinos ↔ electrones, que produce de nuevo electrones de alta energía. Estas dos reacciones se producen solo por los neutrinos de tipo electrón. El uso de deuterio es crítica para la función del SNO, porque los tres "sabores" (tipos) de los neutrinos[20] pueden ser detectados en un tercer tipo de reacción, neutrinos-desintegración, en el que un neutrino de cualquier tipo (electrón, muon o tau) se dispersa de un núcleo de deuterio (deuterón), transfiriendo energía suficiente para romper el deuterón débilmente unida a una enlace de neutrón y protón. Este evento se detecta cuando el neutrón libre es absorbido por el 35Cl- presente, pues se ha disuelto deliberadamente NaCl en el agua pesada, causando la emisión de rayos gamma característicos de la captura. Por lo tanto, en este experimento, el agua pesada no solo proporciona el medio transparente necesaria para producir y visualizar la radiación de Cherenkov, sino que también proporciona deuterio para detectar un tipo exótico de los neutrinos mu (μ) y tau (τ), así como un medio moderador no absorbente para preservar neutrones libres de esta reacción, hasta que puedan ser absorbidos por un isótopo de neutrones-activado fácilmente detectado.

Pruebas de tasa metabólica en fisiología / biología[editar]

El agua pesada se emplea como parte de una mezcla con H218O para una prueba común y segura de la tasa metabólica media en los seres humanos y animales sometidos a sus actividades normales. Esta prueba metabólica generalmente se llama la prueba del agua doblemente marcada.

Producción de tritio[editar]

El tritio es la sustancia activa en la iluminación autógena otros usos, incluyen autorradiografía y marcaje radiactivo. También se utiliza en el diseño de armas nucleares para armas de fisión potenciados y iniciadores. A nivel teórico debe jugar un papel importante en el desarrollo de la fusión nuclear controlada.

Se genera algo de tritio en los reactores moderados por agua pesada, cuando el deuterio captura un neutrón. Esta reacción tiene una pequeña sección transversal (el área imaginaria de captura de neutrones alrededor del núcleo) y produce solo pequeñas cantidades de tritio, aunque suficiente para justificar la limpieza de tritio del moderador cada pocos años para reducir el riesgo ambiental del tritio en un escape. Para la producción de una gran cantidad de tritio de esta manera sería necesario reactores con flujos de neutrones muy altos, o con una muy alta proporción de agua pesada para combustible nuclear y muy baja absorción de neutrones por otro material del reactor. El tritio tendría que ser recuperado por la separación de isótopos de una cantidad mucho mayor de deuterio, a diferencia de la producción mediante litio-6 (el presente procedimiento), donde solo se necesita la separación química. La sección transversal de absorción de deuterio para neutrones térmicos es 0.52 milibarn (barn = 10 −28 m 2, mili = 1/1000), mientras que la del oxígeno-16 es 0.19 millibarns y el oxígeno-17 es 0.24 barns. 17O compensa 0,038 % de los recursos naturales de oxígeno, por lo que la sección transversal total es de 0,28 millibarns. Por lo tanto, en D2 O con oxígeno natural, el 21 % de las capturas de neutrones se dan en el oxígeno, elevándose cada vez más como 17O se acumula desde la captura de neutrones del 16O. Además, el 17O puede emitir una partícula alfa en la captura de neutrones, produciendo carbono 14 radiactivo.

Efecto sobre los sistemas biológicos[editar]

Los diferentes isótopos de los elementos químicos tienen ligeramente diferentes comportamientos químicos, pero para la mayoría de los elementos las diferencias son demasiado pequeñas para ser usadas, o incluso detectarse. Para el hidrógeno, sin embargo, esto no es cierto. El producto químico más grande isótopos efectos observados entre protium (hidrógeno ligero) versus el deuterio y el tritio manifiesta porque las energías de enlace de la química se determinan en la mecánica cuántica por ecuaciones en las que la cantidad de reducción de la masa aparece del núcleo y los electrones. Esta cantidad se altera en compuestos de elevada hidrógeno (de los cuales óxido de deuterio es la más común y familiar) más que para la sustitución de un isótopo pesado en otros elementos químicos. Este efecto isótopo del hidrógeno pesado se amplía aún más en los sistemas biológicos, que son muy sensible a pequeños cambios en las propiedades disolventes del agua.

El agua pesada es la sustancia química solo se conoce que afecta el periodo de oscilaciones circadianas, aumentando constantemente la longitud de cada ciclo. El efecto se observa en los organismos unicelulares, las plantas verdes, isópodos, insectos, aves, ratones y hámsters. El mecanismo es desconocido.[21]

Para llevar a cabo sus tareas, las enzimas dependen de sus redes finamente sintonizado de enlaces de hidrógeno, tanto en el centro activo con sus sustratos y fuera del centro activo, para estabilizar sus estructuras terciarias. Como un enlace de hidrógeno con deuterio es ligeramente más fuerte[22] de una participación de hidrógeno ordinario, en un entorno altamente deuterado, algunas reacciones normales en células se rompen.

Particularmente afectados por el agua pesada son los delicados conjuntos de huso mitótico formación necesaria para la división celular en las eucariotas. Las plantas dejan de crecer y las semillas no germinan cuando se administra solo agua pesada, porque el agua pesada detiene la división celular eucariota.[23] [24] La célula de deuterio es más grande y una modificación de la dirección de la división.[25] [26] La membrana célular también cambia, y reacciona primero con el impacto de agua pesada. En 1972 se demostró que un aumento en el contenido en porcentaje de deuterio en el agua reduce el crecimiento de la planta.[27] La investigación realizada sobre el crecimiento de microorganismos procariotas en condiciones artificiales de un entorno de hidrógeno pesado mostró que en este entorno, todos los átomos de hidrógeno de los agua podría ser sustituido por deuterio.[28] [29] [30] Los experimentos demostraron que las bacterias pueden vivir en el 98 % de agua pesada.[31] Sin embargo, se encontró que todas las concentraciones de más de 50 % de deuterio en las moléculas de agua mataba a las plantas.

Se ha propuesto que las dosis bajas de agua pesada pueden ralentizar el proceso de envejecimiento al ayudar al cuerpo a resistir el daño oxidativo a través del efecto isotópico cinético.[32] Un equipo del Instituto de Biología del Envejecimiento, que se encuentra en Moscú, realizó un experimento para determinar el efecto de agua pesada en la longevidad con moscas de la fruta y encontraron que mientras que las grandes cantidades eran mortales, cantidades más pequeñas aumentaron vida útil hasta en un 30 %.[33]

Véase también[editar]

Bibliografía[editar]

Referencias[editar]

  1. Número CAS
  2. International Union of Pure and Applied Chemistry. "heavy water". «Compendium of Chemical Terminology» Versión en línea (en inglés).
  3. D. J. Kushner, Alison Baker, and T. G. Dunstall (1999). «Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds». Can. J. Physiol. Pharmacol. 77 (2):  pp. 79–88. doi:10.1139/cjpp-77-2-79. PMID 10535697. 
  4. Harold Clayton Urey (1893–1981)
  5. http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/ngwm-cd/PDF-Files/paper%2017%20(Holt).pdf
  6. http://cigr.ageng2012.org/images/fotosg/tabla_137_C0371.pdf
  7. Mosin, O. V, Ignatov, I. (2011) Separation of Heavy Isotopes Deuterium (D) and Tritium (T) and Oxygen (18O) in Water Treatment, Clean Water: Problems and Decisions, Moscow, No. 3–4, pp. 69–78.
  8. H. C. Urey, Ferdinand G. Brickwedde, G. M. Murphy (1932). «A Hydrogen Isotope of Mass 2». Physical Review 39:  pp. 164–165. doi:10.1103/PhysRev.39.164. Bibcode1932PhRv...39..164U. 
  9. Lewis, G. N.; MacDonald, R. T. (1933). «Concentration of H2 Isotope». The Journal of Chemical Physics 1 (6):  pp. 341. doi:10.1063/1.1749300. Bibcode1933JChPh...1..341L. 
  10. Em. Bratu, E. Abel, O. Redlich, Die elektrolytische Dissoziation des schweren Wassers; vorläufige Mitttelung, Zeitschrift für physikalische Chemie, 170, 153 (1934)
  11. Chris Waltham (20 June 2002). «An Early History of Heavy Water». arXiv:physics/0206076 . 
  12. «Method for isotope replenishment in an exchange liquid used in a laser». Google.com. Consultado el 29 de agosto de 2013.
  13. Diario La Nación]] (Abril de 2004). «La Argentina vuelve a producir agua pesada» (en español). Consultado el 25 de octubre de 2012.
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  15. Instituto Español de Comercio Exterior (ICEX). «Energía convencional en India» (en español). Consultado el 25 de octubre de 2012.
  16. «:: Heavy Water Board - A unit under Department of Atomic Energy, Govt. of India». Hwb.gov.in. Consultado el 14 de enero de 2012.
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  18. «Arak – Iran Special Weapons Facilities». globalsecurity.org. 2008-10-15. 
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