Los puntos de congelación del agua pesada (3,8 ° C) y agua tritiated (4,49 ° C) parecen ser bien conocidos. No puedo encontrar en cualquier lugar que da los puntos de congelación de $\ce{H2^18O}$, $\ce{D2^18O}$, $\ce{T2^18O}$, aunque. ¿Alguno de estos valores conocidos? ¿Si no, al menos se sabe si sería más altos que con oxígeno ordinario?
Respuesta
¿Demasiados anuncios?
En este trabajo [1] a partir de 1963, las distintas propiedades de los pesados de oxígeno en el agua se mide incluyendo el punto de fusión de ambos $\ce{H2^{18}O}$$\ce{D2^{18}O}$.
Las temperaturas de fusión se mide en: $$\ce{H2^{18}O}:\ T_\mathrm{mp}=\pu{0.28\pm0.02^\circ C}$$ $$\ce{D2^{18}O}:\ T_\mathrm{mp}=\pu{4.02\pm0.02^\circ C}$$
Así que, como algunos comentaristas se mencionó, la fusión (o congelación) punto de la pesada de oxígeno en el agua es ligeramente mayor cuando se protium en el pesado de oxígeno, y un poco más grande cuando el deuterio está presente. Básicamente, esto significa que el líquido se ha vuelto más estructurado, en promedio, es decir, que el promedio de vida de un enlace de hidrógeno es un poco más largo debido principalmente a un aumento en el promedio de la fuerza de un enlace de hidrógeno.
Yo estaría muy sorprendido si ha habido una medición de $\ce{T2^{18}O}$ debido a que el tritio es muy raro y no muy fáciles de aislar. Además, pesado-el oxígeno es también bastante comunes, por lo que la purificación de la $\ce{T2^{18}O}$ hacer cualquier mediciones fiables probablemente sería muy difícil. Yo estaría muy dispuesto a adivinar, sin embargo, que la temperatura de fusión es de $\ce{T2^{18}O}:\ T_\mathrm{mp}\approx\pu{4.7^\circ C}$ por sólo señalar que la isotópica substitiution efectos parecen ser más o menos aditivos.
Crédito Extra: Tratando de Interpretar los Datos:
Como una nota que no es realmente lo que estás preguntando, pero yo creo que es interesante, es por qué hay un fuerte aumento de la temperatura de congelación de deuterio (y por lo tanto, ¿por qué pesado-oxígeno tiene estos efectos sólo en una escala más pequeña). De hecho, es cierto que el $\ce{O-D}$ frecuencia vibratoria en $\ce{D2O}$ es un poco más pequeño que el modo en $\ce{H2O}$, pero en realidad no es obvio que la reducción de esta frecuencia debe hacer $\ce{D2O}$ se congele a una temperatura más alta. Por ejemplo, todo lo demás siendo igual, una mayor frecuencia en $\ce{H2O}$ podría predecir un menor de hidrógeno distancia porque el vibracionalmente promedio de los bonos de longitud será mayor (debido a las largas longitudes de enlace contribuyen más que los cortos debido a que el potencial de Morse). Pero, lo dicho acerca de la vibracionalmente promedio de los bonos de la longitud de no permitir la $\ce{O-O}$ distancia para relajarse en $\ce{D2O}$, por lo que si el $\ce{O-O}$ distancia reducido en $\ce{D2O}$, entonces se podría decir que es sólo la parte inferior de energía de punto cero, porque entonces el más corto de $\ce{O-O}$ distancia explicaría el más fuerte de la unión de hidrógeno parece que estamos observando en $\ce{D2O}$. Bien, muy curiosamente, el $\ce{O-O}$ distancia en el líquido de $\ce{D2O}$ ha sido teóricamente y experimentalmente observado a aumentar ligeramente para que quede exactamente el mismo. Ver ref. [2] y experimental de las referencias allí contenidas. Por lo tanto los parámetros geométricos punto hacia el agua realmente tener un punto de fusión más alto aunque esto obviamente no es cierto.
¿Cuál es el problema entonces? Bien la mayor parte de la respuesta parece ser que normalmente pensamos en núcleos como clásica, es decir, el átomo puede ser localizado con precisión, pero este tipo de razonamiento es bastante malo para el hidrógeno. El punto importante a continuación, se sigue que el deuterio es más pesado que el hidrógeno, aunque no debido a la explícita la contribución de la frecuencia reductores sobre los parámetros geométricos si todo lo demás fuera de la misma. Más bien, un átomo de hidrógeno es mucho más dispersos que un átomo de deuterio por el hecho de que el encendedor átomos básicamente se comportan de forma más mecánica cuántica. En el sentido de ser más wavelike.
El hecho de que este efecto de la deslocalización de hidrógeno es más importante fue demostrado en la ref. [3], donde los autores encuentran que los enlaces de hidrógeno longitud no puede ser directamente relacionada con la frecuencia de vibración en un uno-a-una especie de camino. Esto es debido a la gran sensibilidad a la $\ce{OHO}$ ángulo. Este, a continuación, se explica lo que nos faltaba hasta arriba porque a pesar de que el promedio de los bonos de longitud en $\ce{H2O}$ es mayor que el de $\ce{D2O}$, esta sensibilidad a los enlaces de hidrógeno en el ángulo disminuye enormemente el hidrógeno fuerza de la unión en el líquido de $\ce{H2O}$ en comparación con $\ce{D2O}$ que no deslocalizar como mucho y por lo tanto no sufren de este ángulo del problema.
Como último punto de la diversión, si uno hace una simulación de líquido $\ce{H2O}$ utilizando clásico de los núcleos y, a continuación, la misma simulación se realiza utilizando la ruta de acceso integral a los métodos para incluir efectos cuánticos nucleares, el cambio en el punto de congelación es una disminución de alrededor de $\pu{4^\circ C}$, que sólo puede ser debido a este efecto de la deslocalización describo.
Yo, básicamente, incluido todo esto para decir que la interpretación de lo que esta pesada-oxígeno que el cambio realmente significa en realidad puede ser bastante complicado. Sea lo que sea, debe haber algún cambio estructural, y uno siempre espera isotópica para la sustitución de un isótopo más pesado para hacer líquidos más estructurado tanto de la frecuencia de efectos y la nuclear cuántica de la deslocalización.
Lo siento si que fue una exageración :)
[1] Steckel, F., & Szapiro, S. (1963). Propiedades físicas de los pesados de oxígeno en el agua. Parte 1.-La densidad y la expansión térmica. Las transacciones de Faraday de la Sociedad, de 59 años, 331-343.
[2] Chen, B., Ivanov, I., Klein, M. L., & Parrinello, M. (2003). Los enlaces de hidrógeno en el agua. Physical Review Letters, 91(21), 215503.
[3] Rey, R., Møller, K. B., & Hynes, J. T. (2002). Enlace de hidrógeno dinámica en el agua y ultrarrápida, la espectroscopia de infrarrojo. La Revista de Química Física de Una, 106(50), 11993-11996.
