Qu’est-ce que l’eau lourde ?
dimanche 16 décembre 2012 à 15:02Instant culture scientifique.
Tout le monde sait que l’eau est une molécule qui se note H2O : deux atomes d’hydrogène pour un atome d’oxygène. Heu… Ok : presque tout le monde, mais peu importe.
L’hydrogène est l’élément le plus simple. L’atome est composé d’un proton et d’un électron. Il a une masse atomique de 1 u.
Parmi les atomes d’hydrogène, il y en a certains qui ont un neutron (en plus du proton). Il n’a toujours qu’un proton, donc c’est toujours de l’hydrogène, mais la conséquence directe et que la masse atomique est de 2 ua.
Cet isotope (cette variante) là de l’hydrogène est appelée deutérium (symbole D ou ²H), et il est stable.
Chimiquement, cela reste de l’hydrogène donc il possède globalement les mêmes propriétés. Il peut donc se retrouver dans les molécules ordinaires, comme l’eau.
Si l’on dispose d’une eau formée uniquement de molécules où tous les hydrogènes sont remplacés par du deutérium, alors on obtient de l’eau lourde (D2O): chaque molécule possédant donc deux neutrons en plus que de l’eau ordinaire, il pèse plus lourd ; 10% plus lourd que l’eau normale. Cette différence est largement suffisante pour être remarquable : un glaçon d’eau lourde coule dans de l’eau normale.
On trouve 0,015 6% de deutérium dans l’hydrogène, donc 1 D pour 6 400 H. Statistiquement, on trouve donc 1 molécule d’eau avec un seul deutérium pour 3 200 molécules (eau semi-lourde), et une molécule contenant deux atomes de deutérium pour 41 000 000 de molécules d’eau normale.
Des procédés existent cependant pour obtenir de l’eau lourde pure, donc de l’eau 10% plus lourde que l’eau normale
De même, certains isotopes de l’oxygène sont eux aussi plus lourds que l’oxygène normal, comme par exemple l’oxygène 18 (deux neutrons en trop). Si on a deux hydrogènes normaux sur un atome de 18O, on obtient de l’eau "lourde" aussi (mais pas la même et donc pas celle réellement dénommée par la terminologie « eau lourde »).
Vous l’aurez compris, il est donc techniquement possible de faire de l’eau super-lourde, formée avec deux atomes de deutérium et un atome de 18O : une eau possédant donc une masse molaire de 22 au lieu de 18, soit près de 25% plus lourd que l’eau normale.
Notez qu’il existe un autre isotope de l’hydrogène : le tritium, possédant deux neutrons, et étant donc trois fois plus lourd que de l’hydrogène normal. Cet hydrogène est cependant très rare, instable et radioactif. Là aussi, il est imaginable d’avoir une molécule telle qu’elle contienne un atome d’oxygène 18 et deux atomes de tritium, soit une molécule avec au total un excès de masse de 30% (une telle molécule aurait une chance sur 50 milliard de milliard de milliard de se former) !
Vous imaginez, une bouteille d’eau de 1L qui pèse 30% plus lourde que normalement (eau qui vous tuerait de toute façon à cause de la radioactivité du tritium) ?
Tout le monde sait que l’eau est une molécule qui se note H2O : deux atomes d’hydrogène pour un atome d’oxygène. Heu… Ok : presque tout le monde, mais peu importe.L’hydrogène est l’élément le plus simple. L’atome est composé d’un proton et d’un électron. Il a une masse atomique de 1 u.
Parmi les atomes d’hydrogène, il y en a certains qui ont un neutron (en plus du proton). Il n’a toujours qu’un proton, donc c’est toujours de l’hydrogène, mais la conséquence directe et que la masse atomique est de 2 ua.
Cet isotope (cette variante) là de l’hydrogène est appelée deutérium (symbole D ou ²H), et il est stable.
Chimiquement, cela reste de l’hydrogène donc il possède globalement les mêmes propriétés. Il peut donc se retrouver dans les molécules ordinaires, comme l’eau.
Si l’on dispose d’une eau formée uniquement de molécules où tous les hydrogènes sont remplacés par du deutérium, alors on obtient de l’eau lourde (D2O): chaque molécule possédant donc deux neutrons en plus que de l’eau ordinaire, il pèse plus lourd ; 10% plus lourd que l’eau normale. Cette différence est largement suffisante pour être remarquable : un glaçon d’eau lourde coule dans de l’eau normale.
On trouve 0,015 6% de deutérium dans l’hydrogène, donc 1 D pour 6 400 H. Statistiquement, on trouve donc 1 molécule d’eau avec un seul deutérium pour 3 200 molécules (eau semi-lourde), et une molécule contenant deux atomes de deutérium pour 41 000 000 de molécules d’eau normale.
Des procédés existent cependant pour obtenir de l’eau lourde pure, donc de l’eau 10% plus lourde que l’eau normale
De même, certains isotopes de l’oxygène sont eux aussi plus lourds que l’oxygène normal, comme par exemple l’oxygène 18 (deux neutrons en trop). Si on a deux hydrogènes normaux sur un atome de 18O, on obtient de l’eau "lourde" aussi (mais pas la même et donc pas celle réellement dénommée par la terminologie « eau lourde »).
Vous l’aurez compris, il est donc techniquement possible de faire de l’eau super-lourde, formée avec deux atomes de deutérium et un atome de 18O : une eau possédant donc une masse molaire de 22 au lieu de 18, soit près de 25% plus lourd que l’eau normale.
Notez qu’il existe un autre isotope de l’hydrogène : le tritium, possédant deux neutrons, et étant donc trois fois plus lourd que de l’hydrogène normal. Cet hydrogène est cependant très rare, instable et radioactif. Là aussi, il est imaginable d’avoir une molécule telle qu’elle contienne un atome d’oxygène 18 et deux atomes de tritium, soit une molécule avec au total un excès de masse de 30% (une telle molécule aurait une chance sur 50 milliard de milliard de milliard de se former) !
Vous imaginez, une bouteille d’eau de 1L qui pèse 30% plus lourde que normalement (eau qui vous tuerait de toute façon à cause de la radioactivité du tritium) ?