重水
由氘和氧组成的化合物
重水（Deuterium oxide）是由氘和氧组成的化合物，也称为氧化氘，分子式D2O，相对分子质量20.0275，比水（H2O）的相对分子质量18.0153高出约11%，密度也比普通水大，因此叫作重水。由于氘与氢属同种元素，化学性质差别极小，因此重水和普通水化学性质也很相似，。在天然水中，重水的含量约占0.02%。重水电解速率比普通水要小，可以用电解法从水中提取。重水与普通水沸点有一定差别，因此也可以用蒸馏法进行提纯。
发现过程
1931年美国H.C.尤里和F.G.布里克维德在液氢中发现氘。
1934年，挪威利用廉价的水力发电，建立了世界上第一座重水生产工厂。
理化性质
物理性质
1. 摩尔折射率：3.67
2. 摩尔体积（cm3/mol）：18.0
3. 等张比容（90.2K）：52.6
4. 表面张力（dyne/cm）：72.2
5. 极化率（10-24cm3）：1.45
如果遵照规格使用和储存则不会分解
避免接触水分/潮湿水溶液与碱金属，碱土金属和许多有机无机的活性化学药品是不相溶的。25 ℃时的密度为1.1044kg/L，最大密度时的温度为11.2℃。pKa=14.955（25 ℃）。
化学性质
1. 疏水参数计算参考值（XlogP）：-0.5
2. 氢键供体数量：1
3. 氢键受体数量：1
4. 可旋转化学键数量：0
5. 互变异构体数量：无
6. 拓扑分子极性表面积：1
7. 重原子数量：1
8. 表面电荷：0
9. 复杂度：0
10. 同位素原子数量：2
11. 确定原子立构中心数量：0
12. 不确定原子立构中心数量：0
13. 确定化学键立构中心数量：0
14. 不确定化学键立构中心数量：0
15. 共价键单元数量：1
重水是稍微危害的，若无政府许可，勿将材料排入周围环境。
应用领域
原子能技术
重水的主要用途是在原子能技术应用中，要制造威力巨大的核武器，就需要重水作为原子核裂变反应中的减速剂，减小中子速度，控制核裂变过程，同时也是冷却剂。轻水亦可以作减速剂，但因为轻水会吸收中子，因此轻水式反应堆必须使用浓缩铀，而不能使用普通铀，否则将不能达到临界质量。重水反应堆不单可以使用普通铀，而且会把铀-238转化成为可制作核弹的钚。印度、巴基斯坦、以色列、北朝鲜都是以这样方法制造核燃料。为了防止核子武器扩散，重水的生产和出售在很多国家都受到限制。
重水在尖端科技中有十分重要的用途。原子能发电站的心脏是原子反应堆，为了控制原子反应堆中核裂变反应的正常进行，需要用重水做中子的减速剂．电解重水可以得到重氢，重氢是制氢弹的原料，中国已于1967年6月17日成功地爆炸了第一颗氢弹，增长了中国人民的志气．更重要的是重氢进行核聚变反应时，可放出巨大的能量，而且不会污染环境．有人计算推测，如果将海水中的重氢都用于热核反应发电，其总能量相当于全部海洋都变成了石油。
示踪材料
重水和氘在研究化学和生理变化中是一种宝贵的示踪材料，例如，用稀重水灌溉树木，可以测知水在这些植物中每小时可运行十几米到几十米。测定饮过大量稀重水的人尿中的氘含量，知道水分子在人体中停留时间平均为14天。用氘代替普通氢，可以研究动植物消化和新陈代谢过程。浓的或纯重水不能维持动植物生命，重水对一般动植物的致死浓度为60%。氘作为水或其他化合物的成分，可以安全地作为饮料或注射剂施用于患者。当水或化合物被人体处理时，氘的存在会告诉医生患者是如何代谢氘的。同时，氘也被用作药物代谢的核磁共振（NMR）测量的标志物。医院诊断实验室和大学实验室在医学研究（包括癌症研究）中均使用氘化化合物。
重水注入地下水位后，可以直接洞察含水层中地下水的运动和分布。可以检测到少量的氘，从而告知科学家特定位置的水量和流量（地下水水文学）。使用氘作为示踪剂的水文学被用于环境研究，水和废水测绘，以及最近的水力压裂监测（也称为“压裂”）中。氘在油田服务和应用的天然气勘探过程中用于水力压裂，在钻井液中用作示踪剂（用于确定钻井液是否渗透到岩心中）以及地质研究中。由于没有与氧化氘有关的有害化学物质，而且它是一种稳定的同位素。
药品行业
氘原子（D）可以减慢人体代谢药物的速度。它天然存在于人体中，可以安全地用作治疗药物的成分。由于氘和Pro具有非常相似的化学性质，在某些药物的生产中，氘可以代替。因此，氘不仅不会改变药物的治疗效果。研究表明，含氘的药物或氘化的药物通常还会保留全部效力和作用，而且含氘的药物代谢较慢通常会带来更长的有效益处，较小或较少的剂量以及较少的药物副作用。 氧化氘用于制造许多带有氘标记的化合物，包括用于药物的氘化中间体。
半导体行业
氘气（D2）用于制造通常在电路板中发现的硅半导体和微芯片。氘退火后将氘原子替换为氘，从而防止芯片电路由于化学腐蚀和热载流子效应而劣化。该工艺大大延长并改善了半导体和微芯片的生命周期，同时使它们可以做得更小并具有高电路密度（高密度芯片）。在半导体中使用氘而不是Pro（氢的常见同位素）可带来多种好处。首先，Si-D键的振动弛豫时间比传统的Si-H键短得多。这意味着该化合物更快地达到振动平衡点。其原因归因于在硅晶体深处具有Si-Si键的量子耦合。总体而言，这导致D掺杂器件的寿命大大超过H掺杂。通过研究发现，氘和硅之间存在异常数量的同步性。这意味着这两个元素非常快速，非常牢固地结合在一起。所有这些都有利于半导体芯片和微芯片的制造和使用已发现氘可降低作用于半导体的热载流子效应的严重性，同时减少应力引起的泄漏电流。热载流子效应和应力引起的泄漏电流都可以极大地控制半导体的寿命，并且通常是芯片内故障的主要原因。
生产方法
重水可以通过多种方法生产。最初的方法是用电解法，因为氘在电极上的放电速率比氢慢，这样可以从通过电解浓缩重水还有一种简单方法是利用重水沸点高于普通水通过反复蒸馏得到。但这两种方法非常耗能，已被弃用，后来又发展了一些其他较佳的方法。如水-硫化氢交换法、氨-氢交换法、氢气/甲胺交换法、水-氢交换法、水-氨交换法等。
水-硫化氢交换法（GS法）是最经济的重水生产方法。GS法是基于水和硫化氢之间氢与氘交换。在此过程中，水向塔底流动，而硫化氢气体从塔底向塔顶循环。使用一系列多孔塔板促进硫化氢气体和水之间的混合。在低温下氘向水中迁移，而在高温下氘向硫化氢中迁移。氘被浓缩了的硫化氢气体或水中。反应如下：
H2O(液)+HDS(气) = HDO(液)+H2S(气)
H2O(液)+HTS(气) = HTO(液)+H2S(气)
D2O(液)+DTS(气) = DTO(液)+D2S(气)
水从第一级塔的热段和冷段的接合处排出，并且在下一级塔中重复这一过程。最后一级的产品（氘浓缩至高达30%的水）送入一个蒸镏单元以制备反应堆级的重水（即99.75%的氧化氘）。
氨-氢交换法是在催化剂存在下，通过水同液态氨的接触从合成气中提取氘。合成气被送进交换塔，而后送至氨转换器。在交换塔内气体从塔底向塔顶流动，而液氨从塔顶向塔底流动。氘从合成气的氢中洗涤下来并在液氨中浓集。液氨然后流入塔底部的氨裂化器，而气体流入塔顶部的氨转换器。在以后的各级中得到进一步浓缩，最后通过蒸馏生产出反应堆级重水。合成气进料可由氨厂提供，而这个氨厂也可以结合氨——氢交换法重水厂一起建造。氨—氢交换法也可以用普通水作为氘的供料源。
地球上的水约有3200分之一是半重水（HDO）。半重水可以透过电解及蒸馏，或以化学方法从普通水中提炼出来。可以使用化学方法，是因为重氢及普通氢原子由于质量不同，所以化学反应的速度有异。当水中的半重水到了相当的浓度，重水便会因为水分子之间交换氢原子而慢慢出现。要从半重水再提炼纯正的重水亦可使用电解、蒸馏及化学方法。但是电解及蒸馏所需要的能量会非常巨大，因此一般这一步只会使用化学方法。
毒性
一般相信重水并不属于有毒物质，但是人体内的某些代谢需要轻水，所以如果只喝重水会生病。因为重水中的D比H多一个中子，D重量是H的两倍，导致其化学性质发生一定的改变以及物理性质的大幅改变。D的各种键比H强，而且更重的D的转移速率会比H慢很多，导致关于D的化学反应会发生减速，干扰生物体正常代谢。
动物实验发现，重水能抑制细胞的有丝分裂，引起需要迅速代谢的身体组织变坏。实验中的老鼠连续数天只喝重水后，体内约一半的体液变成重水；这时症状开始出现，需要快速细胞分裂的组织，如发根及胃膜最先出现毛病。本来快速增长的癌细胞生长速度亦出现减慢，不过减慢的程度并不足以令重水作为可行的治疗方法。
检测
重水浓度的测量可采用等体积质量的浓度测试方法，测量装置如图所示：
测量时，采用相同的取样管，测得的质量为等体积质量。 测试步骤为：
(1) 采用压缩空气，吹尽取样管中残留的水蒸气；
(2) 用测温仪测定样品水的温度并记录；
(3) 采用微型注射器向取样管内注入样品水，当尾端连续出水时，停止进样；用吸水纸擦掉取样管出口端外表面的残留水；
(4) 移除取样管入口的注射器，用吸水纸擦掉取样管入口端外表面的残留水；
(5) 用镊子将取样管置于电子天平称量后，减去样品管初始质量，即可得到样品质量；
(6) 根据对应温度的单组分轻水（H2O）和重水（D2O）质量，通过等体积质量与浓度的换算关系式，即可得到样品中的重水浓度。
应急措施
急救措施
吸入：如果吸入，请将患者移到新鲜空气处。
皮肤接触：脱去污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。如有不适感，就医。
眼睛接触：分开眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。立即就医。
食入：漱口，禁止催吐。立即就医。
对保护施救者的忠告： 将患者转移到安全的场所。咨询医生。出示此化学品安全技术说明书给到现场的医生看。
消防措施
灭火剂： 用水雾、干粉、泡沫或二氧化碳灭火剂灭火。避免使用直流水灭火，直流水可能导致可燃性液体的飞溅，使火势扩散。
灭火注意事项及防护措施：消防人员须佩戴携气式呼吸器，穿全身消防服，在上风向灭火。
尽可能将容器从火场移至空旷处。
处在火场中的容器若已变色或从安全泄压装置中发出声音，必须马上撤离。
隔离事故现场，禁止无关人员进入。
收容和处理消防水，防止污染环境。
泄漏应急处理
作业人员防护措施、防护装备和应急处置程序：
建议应急处理人员戴携气式呼吸器，穿防静电服，戴橡胶耐油手套。
禁止接触或跨越泄漏物。
作业时使用的所有设备应接地。
尽可能切断泄漏源。消除所有点火源。
根据液体流动、蒸汽或粉尘扩散的影响区域划定警戒区，无关人员从侧风、上风向撤离至安全区。
环境保护措施： 收容泄漏物，避免污染环境。防止泄漏物进入下水道、地表水和地下水。
泄漏化学品的收容、清除方法及所使用的处置材料：
小量泄漏：尽可能将泄漏液体收集在可密闭的容器中。用沙土、活性炭或其它惰性材料吸收，并转移至安全场所。禁止冲入下水道。
大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容。封闭排水管道。用泡沫覆盖，抑制蒸发。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。
贮存与运输
贮存方法
保持贮藏器密封，放入紧密的贮藏器内，储存在阴凉，干燥的地方。
运输方法
包装方法：按照生产商推荐的方法进行包装，例如：开口钢桶。安瓿瓶外普通木箱。螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶（罐）外普通木箱等。
运输注意事项：
运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。
严禁与氧化剂、食用化学品等混装混运。
装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置。
使用槽(罐)车运输时应有接地链，槽内可设孔隔板以减少震荡产生静电。
禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。
夏季最好早晚运输。
运输途中应防暴晒、雨淋，防高温。
中途停留时应远离火种、热源、高温区。
公路运输时要按规定路线行驶，勿在居民区和人口稠密区停留。
铁路运输时要禁止溜放。
严禁用木船、水泥船散装运输。运输工具上应根据相关运输要求张贴危险标志、公告。
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