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NUMÉRO CAS : 7789-20-0
NUMÉRO CE : 232-148-9
FORMULE MOLÉCULAIRE : D2O (H2O)
POIDS MOLÉCULAIRE : 20,028
NOM IUPAC : eau deutérée
L'oxyde de deutérium (eau lourde, 2H2O, D2O) est une forme d'eau qui ne contient que du deutérium (2H ou D, également connu sous le nom d'hydrogène lourd) plutôt que l'isotope commun de l'hydrogène-1 (1H ou H, également appelé protium) qui constitue la plupart de l'hydrogène dans l'eau normale.
La présence de l'isotope d'hydrogène le plus lourd confère à l'eau des propriétés nucléaires différentes, et l'augmentation de la masse lui confère des propriétés physiques et chimiques légèrement différentes par rapport à l'eau normale.
L'oxyde de deutérium est un composé deutéré et une eau
L'oxyde de deutérium est une forme isotopique stable et non radioactive de l'eau, contenant 2 atomes de deutérium (D) et un atome d'oxygène (2D2O), avec une activité de marquage de l'ADN.
Lors de l'ingestion d'oxyde de deutérium, la 2H est incorporée dans la fraction désoxyribose de l'ADN des cellules nouvellement divisées.
Les cellules à division rapide, comme dans le cas de la leucémie lymphoïde chronique à cellules B (B-CLL), peuvent être marquées avec de l'oxyde de deutérium et mesurées par chromatographie en phase gazeuse et/ou spectrométrie de masse.
Explication:
Le deutérium est un isotope de l'hydrogène dont le noyau contient un neutron et un proton ; le noyau d'un atome de protium (hydrogène normal) se compose d'un seul proton.
Le neutron supplémentaire rend un atome de deutérium environ deux fois plus lourd qu'un atome de protium.
Une molécule d'oxyde de deutérium a deux atomes de deutérium à la place des deux atomes de protium de l'eau "légère" ordinaire.
En fait, le terme oxyde de deutérium tel que défini par le livre d'or de l'IUPAC peut également désigner de l'eau dans laquelle une proportion plus élevée que d'habitude d'atomes d'hydrogène sont du deutérium plutôt que du protium.
A titre de comparaison, l'eau ordinaire (l'"eau ordinaire" utilisée pour un étalon de deutérium) ne contient qu'environ 156 atomes de deutérium par million d'atomes d'hydrogène, ce qui signifie que 0,0156% des atomes d'hydrogène sont de type lourd.
Ainsi, l'oxyde de deutérium tel que défini par le Livre d'Or comprend l'oxyde d'hydrogène-deutérium (HDO) et d'autres mélanges de D2O, H2O et HDO dans lesquels la proportion de deutérium est supérieure à la normale.
Par exemple, l'oxyde de deutérium utilisé dans les réacteurs CANDU est un mélange d'eau hautement enrichi qui contient principalement de l'oxyde de deutérium D2O, mais aussi de l'oxyde d'hydrogène-deutérium (HDO) et une plus petite quantité d'oxyde d'hydrogène ordinaire H2O.
L'oxyde de deutérium est enrichi à 99,75 % par une fraction d'atomes d'hydrogène, ce qui signifie que 99,75 % des atomes d'hydrogène sont de type lourd ; cependant, l'oxyde de deutérium au sens du livre d'or n'a pas besoin d'être aussi fortement enrichi.
Là où cet article utilise de l'oxyde de deutérium, cela signifie D2O.
Le poids d'une molécule d'oxyde de deutérium, cependant, n'est pas sensiblement différent de celui d'une molécule d'eau normale, car environ 89 % du poids moléculaire de l'eau provient du seul atome d'oxygène plutôt que des deux atomes d'hydrogène.
L'oxyde de deutérium n'est pas radioactif.
Sous sa forme pure, l'oxyde de deutérium a une densité d'environ 11% supérieure à celle de l'eau, mais est par ailleurs physiquement et chimiquement similaire.
Néanmoins, les diverses différences dans l'eau contenant du deutérium (affectant particulièrement les propriétés biologiques) sont plus importantes que dans tout autre composé à substitution isotopique courant, car le deutérium est unique parmi les isotopes stables lourds en étant deux fois plus lourd que l'isotope le plus léger.
Cette différence augmente la force des liaisons hydrogène-oxygène de l'eau, ce qui à son tour est suffisant pour provoquer des différences importantes pour certaines réactions biochimiques.
Le corps humain contient naturellement du deutérium équivalent à environ cinq grammes d'oxyde de deutérium, ce qui est inoffensif.
Lorsqu'une grande fraction de l'eau (> 50 %) dans les organismes supérieurs est remplacée par de l'oxyde de deutérium, il en résulte un dysfonctionnement cellulaire et la mort.
L'oxyde de deutérium a été produit pour la première fois en 1932, quelques mois après la découverte du deutérium.
Avec la découverte de la fission nucléaire à la fin de 1938 et le besoin d'un modérateur de neutrons qui capture peu de neutrons, l'oxyde de deutérium est devenu un élément des premières recherches sur l'énergie nucléaire.
Depuis lors, l'oxyde de deutérium est un composant essentiel de certains types de réacteurs, à la fois ceux qui produisent de l'électricité et ceux conçus pour produire des isotopes pour les armes nucléaires.
Ces réacteurs à oxyde de deutérium ont l'avantage de pouvoir fonctionner à l'uranium naturel sans utiliser de modérateurs en graphite qui présentent des risques radiologiques et d'explosion de poussières en phase de démantèlement.
La conception RBMK soviétique modérée au graphite essayait d'éviter d'utiliser de l'uranium enrichi ou de l'oxyde de deutérium (refroidi avec de l'eau "légère" ordinaire à la place) qui produisait le coefficient de vide positif qui faisait partie d'une série de défauts dans la conception du réacteur menant à la catastrophe de Tchernobyl.
La plupart des réacteurs modernes utilisent de l'uranium enrichi avec de l'eau ordinaire comme modérateur.
Propriétés physiques:
Les propriétés physiques de l'eau et de l'oxyde de deutérium diffèrent à plusieurs égards.
L'oxyde de deutérium est moins dissocié que l'eau légère à une température donnée, et la véritable concentration d'ions D+ est inférieure à celle des ions H+ pour un échantillon d'eau légère à la même température.
Il en est de même pour les ions OD− vs OH−.
Pour l'oxyde de deutérium Kw D2O (25,0 °C) = 1,35 × 10−15, et [D+ ] doit être égal à [OD− ] pour l'eau neutre.
Ainsi pKw D2O = p[OD−] + p[D+] = 7,44 + 7,44 = 14,87 (25,0 °C), et le p[D+] de l'oxyde de deutérium neutre à 25,0 °C est de 7,44.
Le pD de l'oxyde de deutérium est généralement mesuré à l'aide d'électrodes de pH donnant une valeur de pH (apparente), ou pHa, et à diverses températures, un vrai pD acide peut être estimé à partir du pHa mesuré directement par le pH-mètre, tel que pD+ = pHa (lecture apparente de pH-mètre) + 0,41.
La correction d'électrode pour les conditions alcalines est de 0,456 pour l'oxyde de deutérium.
La correction alcaline est alors pD+ = pHa (lecture apparente du pH-mètre) + 0,456.
Ces corrections sont légèrement différentes des différences de p[D+] et p[OD-] de 0,44 par rapport à celles correspondantes dans l'oxyde de deutérium.
L'oxyde de deutérium est 10,6 % plus dense que l'eau ordinaire, et les propriétés physiques différentes de l'oxyde de deutérium peuvent être observées sans équipement si un échantillon congelé est jeté dans l'eau normale, car il coulera.
Si l'eau est glacée, la température de fusion plus élevée de la glace épaisse peut également être observée : elle fond à 3,7 °C et ne fond donc pas dans l'eau normale glacée.
Une première expérience n'a pas signalé la « moindre différence » de goût entre l'oxyde de deutérium ordinaire et l'oxyde de deutérium.
Une étude a conclu que l'oxyde de deutérium a un goût « nettement plus sucré » pour les humains et est médié par le récepteur du goût TAS1R2/TAS1R3.
Les rats qui ont eu le choix entre de l'eau distillée normale et de l'oxyde de deutérium ont pu éviter l'oxyde de deutérium en fonction de l'odeur, et il peut avoir un goût différent.
Certaines personnes rapportent que les minéraux dans l'eau affectent le goût, par ex. le potassium confère un goût sucré à l'eau dure, mais il existe de nombreux facteurs d'un goût perçu dans l'eau en plus de la teneur en minéraux.
L'oxyde de deutérium n'a pas la couleur bleue caractéristique de l'eau claire ; c'est parce que les harmoniques de vibration moléculaire, qui dans l'eau légère provoquent une faible absorption dans la partie rouge du spectre visible, sont décalées dans l'infrarouge et ainsi l'oxyde de deutérium n'absorbe pas la lumière rouge.
Aucune propriété physique n'est répertoriée pour l'oxyde semi-deutérium « pur », car il est instable en tant que liquide en vrac.
À l'état liquide, quelques molécules d'eau sont toujours à l'état ionisé, ce qui signifie que les atomes d'hydrogène peuvent échanger entre différents atomes d'oxygène.
L'oxyde de semi-deutérium pourrait, en théorie, être créé via une méthode chimique [explication supplémentaire nécessaire], mais il se transformerait rapidement en un mélange dynamique de 25 % d'eau légère, 25 % d'oxyde de deutérium et 50 % d'oxyde de semi-deutérium.
Cependant, s'il était fabriqué en phase gazeuse et déposé directement dans un solide, l'oxyde de semi-deutérium sous forme de glace pourrait être stable.
Cela est dû au fait que les collisions entre les molécules de vapeur d'eau sont presque totalement négligeables dans la phase gazeuse à des températures standard, et une fois cristallisées, les collisions entre les molécules cessent complètement en raison de la structure en treillis rigide de la glace solide.
Production:
Sur Terre, l'eau deutérée, HDO, est présente naturellement dans l'eau normale à raison d'environ 1 molécule sur 3 200.
Cela signifie que 1 atome d'hydrogène sur 6 400 est du deutérium, soit 1 partie sur 3 200 en poids (poids d'hydrogène).
L'HDO peut être séparé de l'eau normale par distillation ou électrolyse ainsi que par divers procédés d'échange chimique, qui exploitent tous un effet isotopique cinétique.
L'enrichissement partiel se produisant également dans les masses d'eau naturelles dans des conditions d'évaporation particulières.
(Pour plus d'informations sur la distribution isotopique du deutérium dans l'eau, voir Vienna Standard Mean Ocean Water.) En théorie, le deutérium pour l'oxyde de deutérium pourrait être créé dans un réacteur nucléaire, mais la séparation de l'eau ordinaire est le processus de production en vrac le moins cher.
La différence de masse entre les deux isotopes de l'hydrogène se traduit par une différence d'énergie au point zéro et donc par une légère différence de vitesse de réaction.
Une fois que le HDO devient une fraction importante de l'eau, l'oxyde de deutérium devient plus répandu car les molécules d'eau échangent très fréquemment des atomes d'hydrogène.
La production d'oxyde de deutérium pur par distillation ou électrolyse nécessite une grande cascade d'alambics ou de chambres d'électrolyse et consomme de grandes quantités d'énergie, de sorte que les méthodes chimiques sont généralement préférées.
Le procédé le plus rentable pour produire de l'oxyde de deutérium est le procédé au sulfure à double échange de température (connu sous le nom de procédé au sulfure Girdler) développé en parallèle par Karl-Hermann Geib et Jerome S. Spevack en 1943.
Un procédé alternatif, breveté par Graham M. Keyser, utilise des lasers pour dissocier sélectivement les hydrofluorocarbures deutérés pour former du fluorure de deutérium, qui peut ensuite être séparé par des moyens physiques.
Bien que la consommation d'énergie pour ce procédé soit bien inférieure à celle du procédé Girdler au sulfure, ce procédé n'est actuellement pas économique en raison du coût d'approvisionnement des hydrofluorocarbures nécessaires.
APPLICATIONS
Résonance magnétique nucléaire :
L'oxyde de deutérium est utilisé en spectroscopie de résonance magnétique nucléaire lors de l'utilisation de l'eau comme solvant si le nucléide d'intérêt est l'hydrogène.
En effet, le signal des molécules de solvant d'eau légère (1H2O) interfère avec le signal de la molécule d'intérêt qui y est dissoute.
Le deutérium a un moment magnétique différent et ne contribue donc pas au signal 1H-RMN à la fréquence de résonance de l'hydrogène-1.
Pour certaines expériences, il peut être souhaitable d'identifier les hydrogènes labiles sur un composé, c'est-à-dire les hydrogènes qui peuvent facilement s'échanger sous forme d'ions H+ sur certaines positions d'une molécule.
Avec l'ajout de D2O, parfois appelé secousse de D2O, les hydrogènes labiles s'échangent et sont remplacés par des atomes de deutérium (2H).
Ces positions dans la molécule n'apparaissent alors pas dans le spectre 1H-RMN.
Comme indiqué, l'oxyde de deutérium commercial moderne est presque universellement appelé et vendu sous le nom d'oxyde de deutérium.
L'oxyde de deutérium est le plus souvent vendu dans divers degrés de pureté, d'un enrichissement de 98 % à 99,75 à 99,98 % d'enrichissement en deutérium (qualité réacteur nucléaire) et parfois même d'une pureté isotopique encore plus élevée.
Chimie organique:
L'oxyde de deutérium est souvent utilisé comme source de deutérium pour préparer des isotopologues spécifiquement marqués de composés organiques.
Par exemple, les liaisons C-H adjacentes aux groupes carbonyle cétoniques peuvent être remplacées par des liaisons C-D, en utilisant une catalyse acide ou basique.
L'iodure de triméthylsulfoxonium, fabriqué à partir de diméthylsulfoxyde et d'iodure de méthyle, peut être recristallisé à partir d'oxyde de deutérium, puis dissocié pour régénérer l'iodure de méthyle et le diméthylsulfoxyde, tous deux marqués au deutérium.
Dans les cas où un double marquage spécifique au deutérium et au tritium est envisagé, le chercheur doit être conscient que l'oxyde de deutérium, selon l'âge et l'origine, peut contenir du tritium.
Spectroscopie infrarouge:
L'oxyde de deutérium est souvent utilisé à la place de l'eau lors de la collecte de spectres FTIR de protéines en solution.
H2O crée une bande forte qui chevauche la région amide I des protéines.
La bande de D2O est éloignée de la région amide I.
Modérateur de neutrons :
L'oxyde de deutérium est utilisé dans certains types de réacteurs nucléaires, où il agit comme un modérateur de neutrons pour ralentir les neutrons afin qu'ils soient plus susceptibles de réagir avec l'uranium-235 fissile qu'avec l'uranium-238, qui capture les neutrons sans fission.
Le réacteur CANDU utilise cette conception. L'eau légère agit également comme modérateur, mais comme l'eau légère absorbe plus de neutrons que l'oxyde de deutérium, les réacteurs utilisant de l'eau légère pour modérateur de réacteur doivent utiliser de l'uranium enrichi plutôt que de l'uranium naturel, sinon la criticité est impossible.
Une fraction importante des réacteurs de puissance obsolètes, tels que les réacteurs RBMK en URSS, ont été construits en utilisant de l'eau normale pour le refroidissement mais du graphite comme modérateur. Cependant, le danger du graphite dans les réacteurs de puissance (les incendies de graphite ont en partie conduit à la catastrophe de Tchernobyl) a conduit à l'abandon du graphite dans les conceptions de réacteurs standard.
Parce qu'ils ne nécessitent pas d'enrichissement d'uranium, les réacteurs à oxyde de deutérium sont plus préoccupants en ce qui concerne la prolifération nucléaire.
La génération et l'extraction du plutonium peuvent être une voie relativement rapide et peu coûteuse pour construire une arme nucléaire, car la séparation chimique du plutonium du combustible est plus facile que la séparation isotopique de l'U-235 de l'uranium naturel.
Parmi les États dotés d'armes nucléaires actuels et passés, Israël, l'Inde et la Corée du Nord ont d'abord utilisé du plutonium provenant de réacteurs modérés à l'oxyde de deutérium brûlant de l'uranium naturel, tandis que la Chine, l'Afrique du Sud et le Pakistan ont d'abord construit des armes utilisant de l'uranium hautement enrichi.
Aux États-Unis, cependant, le premier réacteur atomique expérimental (1942), ainsi que les réacteurs de production du projet Manhattan Hanford qui ont produit le plutonium pour le test Trinity et les bombes Fat Man, utilisaient tous des modérateurs de neutrons au carbone pur (graphite) combinés à de l'eau normale. tuyaux de refroidissement.
Ils fonctionnaient sans uranium enrichi ni oxyde de deutérium.
La production de plutonium russe et britannique a également utilisé des réacteurs modérés au graphite.
Il n'y a aucune preuve que des réacteurs de puissance civils à l'oxyde de deutérium, tels que les modèles CANDU ou Atucha, aient été utilisés pour produire des matières fissiles militaires.
Dans les pays qui ne possèdent pas encore d'armes nucléaires, les matières nucléaires présentes dans ces installations sont soumises aux garanties de l'AIEA afin de décourager tout détournement.
En raison de son potentiel d'utilisation dans les programmes d'armement nucléaire, la possession ou l'importation/exportation de grandes quantités industrielles d'oxyde de deutérium sont soumises au contrôle gouvernemental dans plusieurs pays.
Les fournisseurs de technologie de production d'oxyde de deutérium et d'oxyde de deutérium appliquent généralement les garanties et la comptabilité des matières administrées par l'AIEA (Agence internationale de l'énergie atomique) à l'oxyde de deutérium.
(En Australie, le Nuclear Non-Proliferation (Safeguards) Act 1987.) Aux États-Unis et au Canada, des quantités non industrielles d'oxyde de deutérium (c. des sociétés commerciales telles que l'ancien grand producteur mondial Ontario Hydro.
Détecteur de neutrinos :
L'Observatoire de neutrinos de Sudbury (SNO) à Sudbury, en Ontario, utilise 1 000 tonnes d'oxyde de deutérium prêté par Énergie atomique du Canada limitée.
Le détecteur de neutrinos est à 6 800 pieds (2 100 m) sous terre dans une mine, pour le protéger des muons produits par les rayons cosmiques.
SNO a été conçu pour répondre à la question de savoir si les neutrinos de type électronique produits par fusion dans le Soleil (le seul type que le Soleil devrait produire directement, selon la théorie) pourraient être capables de se transformer en d'autres types de neutrinos sur le chemin de Terre.
SNO détecte le rayonnement Cherenkov dans l'eau des électrons de haute énergie produits à partir des neutrinos de type électron lorsqu'ils subissent des interactions de courant chargé (CC) avec les neutrons du deutérium, les transformant en protons et en électrons (cependant, seuls les électrons sont assez rapides pour produire rayonnement Cherenkov pour la détection).
SNO détecte également les événements de diffusion des électrons (ES) des neutrinos, où le neutrino transfère de l'énergie à l'électron, qui génère ensuite un rayonnement Cherenkov distinct de celui produit par les événements CC.
La première de ces deux réactions n'est produite que par les neutrinos de type électronique, tandis que la seconde peut être provoquée par toutes les saveurs des neutrinos.
L'utilisation de deutérium est essentielle à la fonction SNO, car les trois « saveurs » (types) de neutrinos peuvent également être détectés dans un troisième type de réaction, la désintégration des neutrinos, dans laquelle un neutrino de tout type (électron, muon, ou tau) se diffuse à partir d'un noyau de deutérium (deutéron), transférant suffisamment d'énergie pour briser le deutéron faiblement lié en un neutron et un proton libres via une interaction de courant neutre (NC).
Cet événement est détecté lorsque le neutron libre est absorbé par le 35Cl− présent à partir de NaCl délibérément dissous dans l'oxyde de deutérium, provoquant l'émission de rayons gamma de capture caractéristiques.
Ainsi, dans cette expérience, l'oxyde de deutérium fournit non seulement le milieu transparent nécessaire pour produire et visualiser le rayonnement Cherenkov, mais il fournit également du deutérium pour détecter les neutrinos exotiques de type mu (μ) et tau (τ), ainsi qu'un modérateur non absorbant. pour préserver les neutrons libres de cette réaction, jusqu'à ce qu'ils puissent être absorbés par un isotope activé par les neutrons facilement détecté.
L'oxyde de deutérium (D2O), alias « eau lourde », est la forme d'eau qui contient deux atomes de l'isotope 2H, ou D.
Le terme oxyde de deutérium est également utilisé pour l'eau dans laquelle les atomes 2H ne remplacent qu'une partie des atomes 1H.
Dans ce cas, l'échange rapide entre les deux isotopes forme deux fois plus de molécules HDO « semi-lourdes » que le D2O.
Pendant des décennies, le D2O a été extrêmement utile dans de nombreuses applications chimiques.
La différence entre une vitesse de réaction dans le solvant D2O et celle dans H2O fournit souvent des indices sur le mécanisme de la réaction.
Ceci est particulièrement important si l'eau est l'un des réactifs.
Dans certains réacteurs nucléaires, le D2O est utilisé pour ralentir les neutrons afin qu'ils réagissent avec du 235U fissile plutôt qu'avec du 238U non fissile, éliminant ainsi le besoin d'enrichir l'uranium.
L'oxyde de deutérium est supérieur à H2O pour cette utilisation en raison de sa section efficace de capture de neutrons thermiques ≈6 fois supérieure.
L'oxyde de deutérium, un solvant deutéré, est un solvant de pureté standard pour les analyses RMN (Résonance Magnétique Nucléaire).
Diverses propriétés thermodynamiques (telles que les fréquences vibrationnelles intermoléculaires, l'énergie de la liaison hydrogène, l'énergie libre, l'enthalpie et l'entropie) de l'oxyde de deutérium liquide ont été évaluées.
La constante d'ionisation pour le D2O (dans la plage de 5-50°C), les valeurs pK (à 25°C) et l'enthalpie, l'entropie, le changement de capacité calorifique (pour la dissociation du D2O) ont été rapportés
Application
L'oxyde de deutérium peut être utilisé :
-Pour préparer l'acide trifluoroacétique-d par réaction avec l'anhydride trifluoroacétique.
-En tant qu'agent de deutération pour les alcools primaires et secondaires en position β-carbone via une réaction d'échange H/D en présence de catalyseur au ruthénium.
-Avec l'hexaméthyldisilane comme réactif de transfert de deutérium pour les alcynes pour former des (E)-1,2-dideutérioalcènes en présence d'un complexe de palladium.
L'oxyde de deutérium (Heavy water, Water-d2, D2O) a été utilisé comme solvant pour la dissolution de l'étalon interne et de l'échantillon lors d'expériences de quantification par RMN.
L'oxyde de deutérium a été utilisé pour la dissolution du tris(2,2'-bipyridyl)dichlororuthénium(II) hexahydrate Ru(bpy)3.
L'oxyde de deutérium, également appelé « eau lourde » ou « eau de deutérium », est le composé de l'oxygène et de l'isotope lourd de l'hydrogène, à savoir le deutérium.
L'oxyde de deutérium est appelé eau lourde car sa densité est supérieure à H₂O et sa formule chimique est D₂O.
Le deutérium contient un neutron et un proton dans son noyau, ce qui le rend deux fois plus lourd que le protium (hydrogène), qui ne contient qu'un seul proton.
L'oxyde de deutérium est un liquide incolore et inodore à température et pression normales.
Par rapport à l'eau ordinaire, sa caractéristique chimique est relativement inactive avec une densité de 1,10775 (25 ), un point de fusion/congélation de 3,82 et un point d'ébullition de 101,42 .
La force de la liaison hydrogène et le degré d'association entre les molécules d'oxyde de deutérium sont tous deux plus forts que ceux des molécules d'eau ordinaires.
La quantité de D₂O produite en 1991 était d'environ 30 000 tonnes1.
Sur Terre, la concentration de D₂O dans H₂O est de 150-200 ppm.
L'oxyde de deutérium a émis l'hypothèse que D₂O est beaucoup plus abondant dans la glace des calottes polaires martiennes
L'oxyde de deutérium pur, D₂O, est l'oxyde de l'isotope stable lourd de l'hydrogène, le deutérium, désigné par les symboles 2H ou D.
Physiquement et chimiquement, elle est presque identique à l'eau "légère" ordinaire, H₂O, cependant, sa densité est 10 % plus élevée.
L'oxyde de deutérium est cette densité plus élevée qui donne au composé son surnom d'« eau lourde ».
Applications du D2O aux industries électroniques :
Diode électroluminescente optique (OLED)
L'effet isotopique cinétique primaire hydrogène/deutérium fournit des informations utiles sur le mécanisme de dégradation des matériaux OLED. Ainsi, le remplacement des liaisons C-H labiles dans l'OLED par des liaisons C-D augmente la durée de vie de l'appareil d'un facteur cinq sans perte d'efficacité13.
Fibres optiques
Dans les fibres optiques, le deutérium extrait de D2O et déposé sur Si réduit les pertes d'absorption en les déplaçant vers la longueur d'onde de 1620 nm, qui est en dehors de la plage de fonctionnement normale, augmentant ainsi la durée de vie et l'efficacité de la fibre optique de plusieurs fois16.
Autres applications
L'oxyde de deutérium est couramment utilisé dans le processus d'électrolyse de l'eau lourde pour la production de gaz de deutérium essentiel pour les industries des semi-conducteurs.
Par exemple, le remplacement de l'hydrogène par du deutérium réduit considérablement les effets de dégradation des électrons chauds dans les transistors à semi-conducteurs à oxyde métallique en raison de l'effet cinétique des isotopes.
Des améliorations de la durée de vie des transistors par des facteurs de 10 à 50 ont été signalées17.
L'oxyde de deutérium est également utilisé comme traceur non radioactif en hydrologie, en écologie, en entomologie, dans l'industrie minière et dans d'autres cas où les études de traçage sont essentielles mais l'utilisation d'isotopes radioactifs n'est pas applicable18-20.
Conclusion
Dans la recherche contemporaine, D2O offre des opportunités de créer une image plus holistique des phénotypes métaboliques in vivo, offrant une plate-forme unique pour le développement d'applications cliniques et le domaine émergent de la médecine personnalisée9.
L'oxyde de deutérium peut maintenir la stabilité des vaccins, y compris le vaccin antipoliomyélitique, pendant de longues périodes sans réfrigération21.
Dans l'industrie de la haute technologie et de l'électronique, l'oxyde de deutérium améliore la durée de vie et les performances des OLED et augmente la durée de vie et l'efficacité des fibres optiques.
L'oxyde de deutérium est utilisé en spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN).
L'oxyde de deutérium, également appelé « eau lourde » ou « eau de deutérium », est une molécule composée de deux atomes de deutérium et d'un atome d'oxygène.
L'oxyde de deutérium est appelé eau lourde car sa densité est supérieure à H₂O et sa formule chimique est D₂O.
L'oxyde de deutérium est utilisé en pharmacologie où la substitution H/D augmente la demi-vie de l'agent pharmaceutique, affectant souvent favorablement la pharmacocinétique du médicament.
L'oxyde de deutérium est couramment utilisé dans le processus d'électrolyse de l'eau lourde pour la production de gaz de deutérium essentiel pour les industries des semi-conducteurs.
Par exemple, le remplacement de l'hydrogène par du deutérium réduit considérablement les effets de dégradation des électrons chauds dans les transistors à semi-conducteurs à oxyde métallique en raison de l'effet cinétique isotopique.
L'oxyde de deutérium, également appelé « eau lourde », a la formule chimique D2O.
L'atome de deutérium, exprimé par le symbole D, est un isotope d'hydrogène.
La différence entre le D2O et l'eau « ordinaire » H2O réside dans le noyau de l'atome d'hydrogène : l'hydrogène 1H, également appelé protium, ne possède qu'un seul proton, tandis que le deutérium D, également écrit 2H, possède un proton et un neutron dans son noyau.
Le neutron supplémentaire rend la molécule D2O, par rapport à l'eau H2O, plus lourde.
L'isotope d'hydrogène tritium 3H a même un deuxième neutron dans son cœur.
La masse molaire du D2O est de 20,0276 g/mol.
La densité des oxydes de deutérium est supérieure à la densité de H2O.
L'oxyde de deutérium est utilisé en spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN), en chimie organique, en spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et dans certains types de réacteurs nucléaires en tant que modérateur pour ralentir la vitesse des neutrons.
L'abondance naturelle du deutérium est de 0,015 %.
En d'autres termes, l'eau contient 150 ppm de deutérium.
Pour la production d'oxyde de deutérium, la concentration de deutérium peut être augmentée au moyen de la distillation, de l'électrolyse ou au moyen du procédé dit de sulfure de Girdler, un processus d'échange isotopique d'atomes d'hydrogène entre H2S et H2O sur plusieurs étapes de température.
L'échange de deutérium dépend de la température.
Les températures élevées favorisent la migration vers H2S, les basses températures de préférence vers H2O.
De l'eau enrichie en deutérium avec une teneur en deutérium supérieure à 99 % peut être produite.
Ce qui reste, c'est de l'eau appauvrie en deutérium.
L'oxyde de deutérium a la même formule chimique que toute autre eau - H2O - à l'exception du fait qu'un ou les deux atomes d'hydrogène sont l'isotope de deutérium de l'hydrogène plutôt que l'isotope ordinaire du protium (c'est pourquoi l'eau lourde est également connue sous le nom d'eau deutérée ou D2O).
Caractéristiques physiques et chimiques :
L'oxyde de deutérium, également connu sous le nom d'"eau lourde", "eau de deutérium", est le composé de l'oxygène et de l'isotope lourd de l'hydrogène, à savoir le deutérium, qui est le composé de deutérium le plus important.
L'oxyde de deutérium est appelé eau lourde car sa densité est plus élevée que la normale et sa formule chimique est D2O.
Le liquide est incolore et inodore à température et pression normales, contenant l'isotope de l'hydrogène avec une masse deux fois supérieure à celle de l'hydrogène ordinaire.
Par rapport à l'eau ordinaire, sa caractéristique chimique est relativement inactive avec une densité de 1,10775 (25 ), un point de fusion de 3,82 , un point d'ébullition de 101,42 .
La teneur en oxyde de deutérium dans l'eau naturelle est de 1/5000. Le rapport du deutérium à l'hydrogène dans l'eau ordinaire est de 1:6000 et la réserve de deutérium dans la mer Morte ou la mer profonde est relativement plus riche.
Il n'y a pas d'origine d'eau dans la nature avec du deutérium riche.
L'oxyde de deutérium est similaire à l'eau ordinaire en apparence, mais avec de nombreuses caractéristiques physiques différentes.
La force de la liaison hydrogène et le degré d'association entre les molécules d'oxyde de deutérium sont à la fois plus gros que ceux des molécules d'eau ordinaires et l'oxyde de deutérium a un point de fusion et un point d'ébullition plus élevés.
La pression de vapeur de l'oxyde de deutérium est inférieure à celle de l'eau ordinaire, ce qui constitue la base théorique de l'enrichissement
Oxyde de deutérium utilisant la méthode de distillation de l'eau.
La viscosité de l'oxyde de deutérium à 25 est de 2,3% supérieure à celle de l'eau ordinaire, ce qui rend la conductivité électrique de l'électrolyte dans l'oxyde de deutérium inférieure à celle de l'eau ordinaire et la capacité inductive spécifique de l'oxyde de deutérium est inférieure à celle de l'eau ordinaire.
La solubilité des sels dans l'oxyde de deutérium est généralement plus petite et à 25 ± 1 g d'eau peut dissoudre 0,3592 g de chlorure de sodium tandis que 1 g d'oxyde de deutérium ne peut dissoudre que 0,3592 g de chlorure de sodium.
Le coefficient de distribution à 25℃ entre le tétrachlorure de carbone et l'eau est de 85:1 tandis que 103:1 entre le tétrachlorure de carbone et l'oxyde de deutérium.
La tension superficielle et le produit ionique ([D+7][OD+]=2×10-15) de l'oxyde de deutérium sont tous deux inférieurs à ceux de l'eau et dans la même réaction chimique, l'oxyde de deutérium réagit plus lentement que l'eau
Utilisation principale et fonction :
L'oxyde de deutérium peut être utilisé comme modérateur de neutrons et caloporteur dans les réacteurs à fission nucléaire et peut également être utilisé dans la recherche chimique et biologique.
Le deutérium issu de l'électrolyse à l'oxyde de deutérium est le chargement de bombes à hydrogène.
L'oxyde de deutérium est principalement utilisé comme modérateur dans les réacteurs nucléaires pour réduire la vitesse des neutrons et contrôler le processus de fission nucléaire et également comme fluide de refroidissement.
L'oxyde de deutérium et le deutérium sont des matériaux traceurs précieux dans l'étude des changements chimiques et physiologiques.
Par exemple, l'oxyde de deutérium dilué peut aller de plus de dix mètres à plusieurs dizaines de mètres par heure après avoir irrigué les arbres avec de l'eau diluée.
La molécule d'oxyde de deutérium peut rester dans le corps humain pendant 14 jours en moyenne après avoir mesuré la teneur en deutérium dans l'urine d'un humain buvant une grande quantité d'eau diluée.
Le deutérium peut être utilisé pour rechercher la digestion et le métabolisme des animaux et des plantes au lieu de l'hydrogène ordinaire.
L'oxyde de deutérium concentré ou pur ne peut pas maintenir la vie des animaux et des plantes et l'oxyde de deutérium conduit à la mort des animaux et des plantes à la concentration de 60%.
Méthode de production:
La ressource en oxyde de deutérium est très riche et la teneur en eau de mer atteint 5 × 1014 t.
La pureté de l'oxyde de deutérium dans le réacteur doit atteindre 99,75 % tandis que la concentration d'oxyde de deutérium dans l'eau naturelle est très faible avec seulement 0,015%. et la consommation d'énergie.
Le coût de production de l'oxyde de deutérium dépend largement de celui de l'enrichissement initial et le choix de la méthode de concentration de la concentration naturelle à environ 1% est très important.
Il existe trois principales méthodes de production d'oxyde de deutérium comme suit :
Méthode de distillation : utilisation de la pression de vapeur caractéristique des composés du deutérium pour enrichir le deutérium.
Les principales matières premières sont l'hydrogène, l'ammoniac, l'eau, etc.
Le facteur de distillation de l'hydrogène liquide est important mais la technologie et l'équipement à basse température limitent l'échelle de production. La distillation de l'eau est facile et fiable à opérer mais le coefficient de séparation est trop petit avec une grande consommation d'énergie.
Le coefficient de séparation de la distillation de l'ammoniac est légèrement supérieur à celui de l'eau et la chaleur latente est faible.
Mais la source limitée d'ammoniac rend son utilisation peu rentable pour l'enrichissement initial.
Méthode d'électrolyse: le coefficient de séparation par électrolyse du deutérium est d'environ 10.
C'est la principale méthode de production d'oxyde de deutérium avant les années 1950, mais elle ne peut pas être utilisée seule en raison de la forte consommation d'énergie.
Méthode d'échange chimique : en tant que moyen le plus économique actuellement de produire de l'oxyde de deutérium, le processus réel est divisé en méthode d'échange à température unique et à double température.
Et le procédé d'échange à double température utilisant du sulfure d'hydrogène et de l'eau est aujourd'hui la principale méthode pour produire de l'oxyde de deutérium à faible concentration à l'échelle industrielle.
En outre, d'autres méthodes sont encore en cours de développement, telles que la méthode d'adsorption-séparation d'alliage d'adsorption d'hydrogène et la méthode de séparation laser.
La section efficace du deutérium pour la capture des neutrons thermiques est très faible ce qui le rend utile, sous forme d'oxyde de deutérium, comme modérateur de neutrons dans les réacteurs nucléaires.
Produit une diminution considérable de l'énergie des neutrons par collision.
L'oxyde de deutérium est utilisé en spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN).
L'oxyde de deutérium est également utile dans l'identification des hydrogènes labiles.
En tant que source de deutérium, il est utilisé pour préparer des isotopologues spécifiquement marqués de composés organiques.
L'oxyde de deutérium est souvent utilisé comme substitut de l'eau dans l'analyse des protéines en solution en utilisant la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR).
L'oxyde de deutérium trouve une application dans certains types de réacteurs nucléaires et dans la production de tritium.
L'oxyde de deutérium (D2O) est un solvant RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) 100 % enrichi en isotopes. Il est largement utilisé dans les études RMN à haute résolution.
Diverses propriétés thermodynamiques (telles que les fréquences vibrationnelles intermoléculaires, l'énergie de la liaison hydrogène, l'énergie libre, l'enthalpie et l'entropie) de l'oxyde de deutérium liquide ont été évaluées.
La constante d'ionisation pour le D2O (de l'ordre de 5 à 50°C), les valeurs pK (à 25°C) et l'enthalpie, l'entropie, le changement de capacité calorifique (pour la dissociation du D2O) ont été rapportés.
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE L'OXYDE DE DEUTÉRIUM :
-Poids moléculaire : 20,028
-XLogP3-AA : -0,5
-Messe exacte : 20.023118175
-Masse monoisotopique : 20.023118175
-Surface Topologique Polaire : 1 Ų
-Couleur : Incolore
-Forme : liquide
-Odeur : Inodore
-Point d'ébullition : 101,42 °C
-Point de fusion : 3,81 °C
-Densité : 1.1044
-Pression de vapeur : 20,6 mm
-Stabilité/durée de conservation : il est stable dans les conditions de stockage recommandées.
-Viscosité : 1.107 cP
-Tension de surface : 71,93 dyn/cm
-Indice de réfraction : 1.3283
L'oxyde de deutérium (oxyde de deutérium, 2H2O, D2O) est une forme d'eau qui ne contient que du deutérium (2H ou D, également connu sous le nom d'hydrogène lourd) plutôt que l'isotope commun de l'hydrogène-1 (1H ou H, également appelé protium) qui constitue la plupart de l'hydrogène dans l'eau normale.
La présence de l'isotope d'hydrogène le plus lourd confère à l'eau des propriétés nucléaires différentes, et l'augmentation de la masse lui confère des propriétés physiques et chimiques légèrement différentes par rapport à l'eau normale.
L'oxyde de dideutérium est un composé deutéré et un
L'oxyde de deutérium est une forme isotopique stable et non radioactive de l'eau, contenant 2 atomes de deutérium (D) et un atome d'oxygène (2D2O), avec une activité de marquage de l'ADN.
Lors de l'ingestion d'oxyde de deutérium, la 2H est incorporée dans la fraction désoxyribose de l'ADN des cellules nouvellement divisées.
Les cellules à division rapide, comme dans le cas de la leucémie lymphoïde chronique à cellules B (B-CLL), peuvent être marquées avec de l'oxyde de deutérium et mesurées par chromatographie en phase gazeuse et/ou spectrométrie de masse.
PROPRIÉTÉS CHIMIQUES DE L'OXYDE DE DEUTÉRIUM :
-Compte d'atomes lourds : 1
-Charge formelle : 0
-Complexité : 0
-Nombre d'atomes d'isotopes : 2
-Nombre de stéréocentres d'atomes définis : 0
-Nombre de stéréocentres d'atomes non définis : 0
-Nombre de stéréocentres de liaison définis : 0
-Nombre de stéréocentres de liaison non défini : 0
-Nombre d'unités liées par covalence : 1
-Le composé est canonisé : Oui
-Nombre de donneurs de liaisons hydrogène : 1
-Nombre d'accepteurs de liaisons hydrogène : 1
-Nombre d'obligations rotatives : 0
STOCKAGE DE L'OXYDE DE DEUTÉRIUM :
L'oxyde de deutérium doit être stocké dans un environnement frais.
L'oxyde de deutérium doit être conservé dans un endroit sec.
L'oxyde de deutérium peut être facilement stocké car il convient au transport aérien.
L'oxyde de deutérium doit être stocké dans un endroit régulièrement ventilé.
L'oxyde de deutérium doit être maintenu hermétiquement fermé.
L'oxyde de deutérium ne doit pas être stocké avec des acides forts.
L'oxyde de deutérium doit être conservé sous pression constante.
L'oxyde de deutérium doit être conservé à une température constante.
L'oxyde de deutérium doit être stocké dans un endroit où il n'y a pas de changements brusques de température.
L'oxyde de deutérium doit être conservé dans un endroit sec et sans humidité.
SYNONYMES :
Eau lourde
Eau-d2
Eau deutérée
Oxyde de deutérium [USAN]
Eau lourde (D2-O)
Eau, lourde
Oxyde de deutérium (USAN)
Oxyde de dideutérium
Eau lourde-d2
D2O
Eau lourde (D2O)
Oxyde de deutérium
Deutérium-oxyde
Eau (2D)
Oxyde de deutérium
