重水

1931年美國H.C.尤里和F.G.布里克維德在液氫中發現氘。

1933年美國G.N.路易斯和R.T.麥克唐南利用電解法得到0.5毫升重水，純度為65.7%，再經電解，得0.1克接近純的重水。

1934年，挪威利用廉價的水力發電，建立了世界上第一座重水生產工廠。

1. 摩爾折射率：3.67

2. 摩爾體積（cm³/mol）：18.0

3. 等張比容（90.2K）：52.6

4. 表面張力（dyne/cm）：72.2

5. 極化率（10^-24cm³）：1.45

如果遵照規格使用和儲存則不會分解

避免接觸水分/潮濕水溶液與鹼金屬，鹼土金屬和許多有機無機的活性化學藥品是不相溶的。25 ℃時的密度為1.1044kg/L，最大密度時的温度為11.2℃。pKa=14.955（25 ℃） ^[2]  。

1. 疏水參數計算參考值（XlogP） ^[1]  ：-0.5

2. 氫鍵供體數量 ^[1]  ：1

3. 氫鍵受體數量 ^[1]  ：1

4. 可旋轉化學鍵數量 ^[1]  ：0

5. 互變異構體數量 ^[1]  ：無

6. 拓撲分子極性表面積 ^[1]  ：1

7. 重原子數量 ^[1]  ：1

8. 表面電荷 ^[1]  ：0

9. 複雜度 ^[1]  ：0

10. 同位素原子數量 ^[1]  ：2

11. 確定原子立構中心數量 ^[1]  ：0

12. 不確定原子立構中心數量 ^[1]  ：0

13. 確定化學鍵立構中心數量 ^[1]  ：0

14. 不確定化學鍵立構中心數量 ^[1]  ：0

15. 共價鍵單元數量 ^[1]  ：1

重水是稍微危害的，若無政府許可，勿將材料排入周圍環境 ^[2]  。

重水的主要用途是在原子能技術應用中，要製造威力巨大的核武器，就需要重水作為原子核裂變反應中的減速劑，減小中子速度，控制核裂變過程，同時也是冷卻劑。輕水亦可以作減速劑，但因為輕水會吸收中子，因此輕水式反應堆必須使用濃縮鈾，而不能使用普通鈾，否則將不能達到臨界質量。重水反應堆不單可以使用普通鈾 ^[6]  ，而且會把鈾-238轉化成為可製作核彈的鈈。印度、巴基斯坦、以色列、北朝鮮都是以這樣方法制造核燃料。為了防止核子武器擴散，重水的生產和出售在很多國家都受到限制。

重水在尖端科技中有十分重要的用途 ^[6]  。原子能發電站的心臟是原子反應堆，為了控制原子反應堆中核裂變反應的正常進行，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，中國已於1967年6月17日成功地爆炸了第一顆氫彈，增長了中國人民的志氣．更重要的是重氫進行核聚變反應時，可放出巨大的能量，而且不會污染環境．有人計算推測，如果將海水中的重氫都用於熱核反應發電，其總能量相當於全部海洋都變成了石油。

重水和氘在研究化學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，可以測知水在這些植物中每小時可運行十幾米到幾十米 ^[11]  。測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間平均為14天。用氘代替普通氫，可以研究動植物消化和新陳代謝過程。濃的或純重水不能維持動植物生命，重水對一般動植物的致死濃度為60%。氘作為水或其他化合物的成分，可以安全地作為飲料或注射劑施用於患者。當水或化合物被人體處理時，氘的存在會告訴醫生患者是如何代謝氘的。同時，氘也被用作藥物代謝的核磁共振（NMR）測量的標誌物。醫院診斷實驗室和大學實驗室在醫學研究（包括癌症研究）中均使用氘化化合物。

重水注入地下水位後，可以直接洞察含水層中地下水的運動和分佈 ^[11]  。可以檢測到少量的氘，從而告知科學家特定位置的水量和流量（地下水水文學）。使用氘作為示蹤劑的水文學被用於環境研究，水和廢水測繪，以及最近的水力壓裂監測（也稱為“壓裂”）中。氘在油田服務和應用的天然氣勘探過程中用於水力壓裂，在鑽井液中用作示蹤劑（用於確定鑽井液是否滲透到岩心中）以及地質研究中。由於沒有與氧化氘有關的有害化學物質，而且它是一種穩定的同位素。

氘原子（D）可以減慢人體代謝藥物的速度。它天然存在於人體中，可以安全地用作治療藥物的成分。由於氘和Pro具有非常相似的化學性質，在某些藥物的生產中，氘可以代替。因此，氘不僅不會改變藥物的治療效果。研究表明，含氘的藥物或氘化的藥物通常還會保留全部效力和作用，而且含氘的藥物代謝較慢通常會帶來更長的有效益處，較小或較少的劑量以及較少的藥物副作用。 氧化氘用於製造許多帶有氘標記的化合物，包括用於藥物的氘化中間體 ^[12]  。

氘氣（D₂）用於製造通常在電路板中發現的硅半導體和微芯片 ^[13]  。氘退火後將氘原子替換為氘，從而防止芯片電路由於化學腐蝕和熱載流子效應而劣化。該工藝大大延長並改善了半導體和微芯片的生命週期，同時使它們可以做得更小並具有高電路密度（高密度芯片）。在半導體中使用氘而不是Pro（氫的常見同位素）可帶來多種好處。首先，Si-D鍵的振動弛豫時間比傳統的Si-H鍵短得多。這意味着該化合物更快地達到振動平衡點。其原因歸因於在硅晶體深處具有Si-Si鍵的量子耦合。總體而言，這導致D摻雜器件的壽命大大超過H摻雜。通過研究發現，氘和硅之間存在異常數量的同步性。這意味着這兩個元素非常快速，非常牢固地結合在一起。所有這些都有利於半導體芯片和微芯片的製造和使用已發現氘可降低作用於半導體的熱載流子效應的嚴重性，同時減少應力引起的泄漏電流。熱載流子效應和應力引起的泄漏電流都可以極大地控制半導體的壽命，並且通常是芯片內故障的主要原因。

重水可以通過多種方法生產。最初的方法是用電解法，因為氘在電極上的放電速率比氫慢，這樣可以從通過電解濃縮重水還有一種簡單方法是利用重水沸點高於普通水通過反覆蒸餾得到。但這兩種方法非常耗能，已被棄用，後來又發展了一些其他較佳的方法。如水-硫化氫交換法、氨-氫交換法、氫氣/甲胺交換法、水-氫交換法、水-氨交換法等 ^[7]  。

水-硫化氫交換法（GS法）是最經濟的重水生產方法。GS法是基於水和硫化氫之間氫與氘交換。在此過程中，水向塔底流動，而硫化氫氣體從塔底向塔頂循環。使用一系列多孔塔板促進硫化氫氣體和水之間的混合。在低温下氘向水中遷移，而在高温下氘向硫化氫中遷移。氘被濃縮了的硫化氫氣體或水中 ^[8]  。反應如下：

H₂O(液)+HDS(氣) = HDO(液)+H₂S(氣) ^[8] 

H₂O(液)+HTS(氣) = HTO(液)+H₂S(氣) ^[8] 

D₂O(液)+DTS(氣) = DTO(液)+D₂S(氣) ^[8] 

水從第一級塔的熱段和冷段的接合處排出，並且在下一級塔中重複這一過程。最後一級的產品（氘濃縮至高達30%的水）送入一個蒸鎦單元以製備反應堆級的重水（即99.75%的氧化氘） ^[8]  。

氨-氫交換法是在催化劑存在下，通過水同液態氨的接觸從合成氣中提取氘 ^[9]  。合成氣被送進交換塔，而後送至氨轉換器。在交換塔內氣體從塔底向塔頂流動，而液氨從塔頂向塔底流動。氘從合成氣的氫中洗滌下來並在液氨中濃集。液氨然後流入塔底部的氨裂化器，而氣體流入塔頂部的氨轉換器。在以後的各級中得到進一步濃縮，最後通過蒸餾生產出反應堆級重水。合成氣進料可由氨廠提供，而這個氨廠也可以結合氨——氫交換法重水廠一起建造。氨—氫交換法也可以用普通水作為氘的供料源。

地球上的水約有3200分之一是半重水（HDO）。半重水可以透過電解及蒸餾，或以化學方法從普通水中提煉出來。可以使用化學方法，是因為重氫及普通氫原子由於質量不同，所以化學反應的速度有異。當水中的半重水到了相當的濃度，重水便會因為水分子之間交換氫原子而慢慢出現。要從半重水再提煉純正的重水亦可使用電解 ^[5]  、蒸餾及化學方法。但是電解及蒸餾所需要的能量會非常巨大，因此一般這一步只會使用化學方法。

重水雖然在尖端技術上是寶貴的資源，但對人卻是有害的．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，只要數小時就會死亡．相反，含重水特別少的輕水，如雪水，卻能刺激生物生長 ^[3]  。

一般相信重水並不屬於有毒物質，但是人體內的某些代謝需要輕水，所以如果只喝重水會生病。因為重水中的D比H多一箇中子，D重量是H的兩倍，導致其化學性質發生一定的改變以及物理性質的大幅改變。D的各種鍵比H強，而且更重的D的轉移速率會比H慢很多，導致關於D的化學反應會發生減速，干擾生物體正常代謝 ^[3]  。

動物實驗發現，重水能抑制細胞的有絲分裂，引起需要迅速代謝的身體組織變壞。實驗中的老鼠連續數天只喝重水後，體內約一半的體液變成重水；這時症狀開始出現，需要快速細胞分裂的組織，如髮根及胃膜最先出現毛病。本來快速增長的癌細胞生長速度亦出現減慢，不過減慢的程度並不足以令重水作為可行的治療方法 ^[3]  。

重水濃度的測量可採用等體積質量的濃度測試方法，測量裝置如圖所示 ^[10]  ：

測量時，採用相同的取樣管，測得的質量為等體積質量。 測試步驟為 ^[10]  ：

(1) 採用壓縮空氣，吹盡取樣管中殘留的水蒸氣 ^[10]  ；

(2) 用測温儀測定樣品水的温度並記錄 ^[10]  ；

(3) 採用微型注射器向取樣管內注入樣品水，當尾端連續出水時，停止進樣；用吸水紙擦掉取樣管出口端外表面的殘留水 ^[10]  ；

(4) 移除取樣管入口的注射器，用吸水紙擦掉取樣管入口端外表面的殘留水 ^[10]  ；

(5) 用鑷子將取樣管置於電子天平稱量後，減去樣品管初始質量，即可得到樣品質量 ^[10]  ；

(6) 根據對應温度的單組分輕水（H₂O）和重水（D₂O）質量，通過等體積質量與濃度的換算關係式，即可得到樣品中的重水濃度 ^[10]  。

吸入：如果吸入，請將患者移到新鮮空氣處 ^[4]  。

皮膚接觸：脱去污染的衣着，用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚。如有不適感，就醫 ^[4]  。

眼睛接觸：分開眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗。立即就醫 ^[4]  。

食入：漱口，禁止催吐。立即就醫 ^[4]  。

對保護施救者的忠告： 將患者轉移到安全的場所。諮詢醫生。出示此化學品安全技術説明書給到現場的醫生看 ^[4]  。

滅火劑： 用水霧、乾粉、泡沫或二氧化碳滅火劑滅火。避免使用直流水滅火，直流水可能導致可燃性液體的飛濺，使火勢擴散 ^[4]  。

滅火注意事項及防護措施：消防人員須佩戴攜氣式呼吸器，穿全身消防服，在上風向滅火 ^[4]  。

儘可能將容器從火場移至空曠處 ^[4]  。

處在火場中的容器若已變色或從安全泄壓裝置中發出聲音，必須馬上撤離 ^[4]  。

隔離事故現場，禁止無關人員進入 ^[4]  。

收容和處理消防水，防止污染環境 ^[4]  。

作業人員防護措施、防護裝備和應急處置程序 ^[4]  ：

建議應急處理人員戴攜氣式呼吸器，穿防靜電服，戴橡膠耐油手套。

禁止接觸或跨越泄漏物。

作業時使用的所有設備應接地。

儘可能切斷泄漏源。消除所有點火源。

根據液體流動、蒸汽或粉塵擴散的影響區域劃定警戒區，無關人員從側風、上風向撤離至安全區。

環境保護措施 ^[4]  ： 收容泄漏物，避免污染環境。防止泄漏物進入下水道、地表水和地下水。

泄漏化學品的收容、清除方法及所使用的處置材料 ^[4]  ：

小量泄漏：儘可能將泄漏液體收集在可密閉的容器中。用沙土、活性炭或其它惰性材料吸收，並轉移至安全場所。禁止衝入下水道。

大量泄漏：構築圍堤或挖坑收容。封閉排水管道。用泡沫覆蓋，抑制蒸發。用防爆泵轉移至槽車或專用收集器內，回收或運至廢物處理場所處置。

保持貯藏器密封，放入緊密的貯藏器內，儲存在陰涼，乾燥的地方 ^[2]  。

包裝方法：按照生產商推薦的方法進行包裝，例如：開口鋼桶。安瓿瓶外普通木箱。螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶（罐）外普通木箱等 ^[4]  。

運輸注意事項 ^[4]  ：

運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。

嚴禁與氧化劑、食用化學品等混裝混運。

裝運該物品的車輛排氣管必須配備阻火裝置。

使用槽(罐)車運輸時應有接地鏈，槽內可設孔隔板以減少震盪產生靜電。

禁止使用易產生火花的機械設備和工具裝卸。

夏季最好早晚運輸。

運輸途中應防暴曬、雨淋，防高温。

中途停留時應遠離火種、熱源、高温區。

公路運輸時要按規定路線行駛，勿在居民區和人口稠密區停留。

鐵路運輸時要禁止溜放。

嚴禁用木船、水泥船散裝運輸。運輸工具上應根據相關運輸要求張貼危險標誌、公告。