¿Existe una forma sencilla de separar el óxido de deuterio del agua del grifo?

Question

Tengo entendido que el agua del grifo contiene cantidades mínimas de óxido de deuterio (agua pesada). ¿Existe una forma sencilla de separar y concentrar el $\ce{D2O}$ ?

Answer 1

Depende del grado de pureza que desee el $\ce{D2O}$ ser y lo que usted considera simple :)

La electrólisis del agua favorece fuertemente la conversión de "H" en gas hidrógeno en lugar de "D", por un factor de aproximadamente 8 a 1 (dependiendo de los electrodos).

Equipo económico para la preparación y concentración de productos puros $\ce{D2O}$ Ohio Journal of Science volumen 41, número 5, páginas 357-365 (1941) explica con gran detalle cómo llevar a cabo el método de electrólisis. El artículo dice que el proceso es adecuado para "aquellos que tienen ocasión de preparar o concentrar agua pesada para investigación, demostración o para la investigación, la demostración o el uso en el laboratorio de estudiantes avanzados".

En una primera etapa, $\ce{NaOH}$ solución (inicialmente $\pu{0.5 M}$ ) se somete a electrólisis, hasta que sólo queda 1/32 del volumen original. De este modo, la concentración original de deuterio se multiplica por 12.

Para entonces el $\ce{NaOH}$ está demasiado concentrado, y $\ce{CO2}$ para neutralizar la solución, y la solución de la primera etapa se destila para eliminar el carbonato de sodio. Acerca de $5~\%$ de la $\ce{NaOH(D)}$ El concentrado se guardaría y se añadiría al destilado para proporcionar electrolito para la siguiente etapa.

A continuación, se realiza una segunda etapa de electrólisis. Al final de la segunda etapa se alcanzaron unos $10~\%$ deuterio. El proceso puede repetirse para alcanzar el nivel de deuterio deseado. Se utilizan tres etapas. El rendimiento puede mejorarse capturando el gas deutrio/hidrógeno de las últimas etapas, quemándolo para fabricar agua y devolviéndolo a una etapa anterior.

Answer 2

Básicamente se congela el agua parcialmente. El DDW tiene una temperatura de congelación más alta. Mete un cuenco de agua en el congelador. Cuando la parte superior se congele, espera otros 15 minutos. Sacar del congelador y hacer un agujero en el hielo. El agua que sale es de alrededor de 50 ppm. Si haces esto varias veces puedes bajar aún más PERO: este método no elimina todas las impurezas del ddw. Si empiezas con agua filtrada primero (como un fliter brita en tu grifo) estarás mucho mejor.

Answer 3

Dado que el deuterio es dos veces más pesado que el protio (la forma más abundante de hidrógeno), confiere a la molécula de agua un mayor momento de inercia y ralentiza su velocidad media de rotación. En consecuencia, no se une a un cristal de hielo en crecimiento tan rápidamente como las moléculas más ligeras de agua. Por lo tanto, si se lleva el agua a ebullición (para romper la polimerización y aumentar el número de moléculas de agua individuales) y luego se enfría rápidamente hasta el punto de fusión para que haya menos tiempo para que participen en los grupos de polímeros, el hielo tendrá un mayor porcentaje de moléculas ligeras que el agua normal y el agua que no está congelada tendrá un porcentaje ligeramente mayor de deuterio. En lugar de 110 ppm podría llegar a 112 partes por millón. Así que el agua que no se congeló se lleva a ebullición de nuevo y luego se enfría rápidamente hasta el punto de fusión eliminando aún más de las moléculas más ligeras. Es un proceso muy lento, cuya única dificultad es el enfriamiento rápido necesario para evitar una polimerización excesiva. Requiere un aparato mucho más sencillo que la destilación o la electrólisis, como se indica en la primera respuesta, pero es mucho menos eficiente y la fase de ebullición acabaría consumiendo más energía. Sin embargo, la pregunta daba como criterio la simplicidad y este proceso de ebullición y congelación es sencillo.