La molecola, gli impieghi, la storia
L’acqua pesante
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L’importanza di un isotopo
Paolo Guglielmini
Liceo Scientifico Tecnologico “G. Fracastoro”
Verona - Luglio 2009
La molecola, gli impieghi, la storia
Motivazione
Ho voluto correlare alcune conoscenze apprese con una applicazione industriale importante ma poco conosciuta.
Obiettivi
Capire come teoria, tecnologia e storia, si intreccino in applicazioni che ci possono coinvolgere
Paolo Guglielmini D O L’importanza di un isotopo
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La molecola, gli impieghi, la storia
Gli isotopi dell’idrogeno
Abb. in
Tempo
MeV
Dec.
Isotopo
Prod
natura
dimezzam.
decad
H
1H 99,985% H è stabile con 0 neutroni
(Prozio)
2H (Deuterio) 0,015% H è stabile con 1 neutrone
3H sintetico 12,33 anni β 0,019 3He
-
(Trizio)
H sintetico Ignoto n 2,910 3H
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La molecola, gli impieghi, la storia
La molecola D2O
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Nome IUPAC: ossido di deuterio
Formula bruta: D2O
Massa molecolare: 20,02 u
Aspetto: liquido incolore
Densità: 1,11 g/cm3
Temperatura di fusione: 3,82 °C
Temperatura di ebollizione: 101,4 °C
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Produrre l’acqua pesante
Distillazione elettrolisi frazionata
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La molecola, gli impieghi, la storia
Produzione per elettrolisi
Anodo (ossidazione): 2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e- E° = -1,23 V
+ -
2 2 ox
Catodo (riduzione): 2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq) E°rid = -0,83 V
- - °rid
2 2
E°(H) > E°(D)
°
Riduzione preferenziale dell’idrogeno rispetto al deuterio
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Gli impieghi
Centrale nucleare CANDU
(CANadian Deuterium Uranium)
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La molecola, gli impieghi, la storia
…segue
Nei reattori CANDU è possibile l’uso di uranio naturale U come combustibile,
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evitando la costosa necessità di impianti di arricchimento di uranio U.
235
U U
235 238
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Una premessa… Energia
Neutrone Nucleo fissile Frammenti + altri neutroni +
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Tesina - Premio maturità 2009
Titolo
L'acqua pesante
Autore
Guglielmini Paolo
Scuola
Liceo scientifico
Descrizione
Partire dicendo che l'acqua pesante è acqua normale con al posto dell'idrogeno il deuterio, poi dire cosa sono gli isotopi approfondendo la questione. Un isotopo è un atomo dello stesso elemento chimico, e quindi con lo stesso numero atomico (numero di protoni), ma con differente numero di massa (somma protoni + neutroni). Se due nuclei contengono lo stesso numero di protoni, ma un numero differente di neutroni, i due nuclei avranno lo stesso comportamento chimico, ma avranno comportamenti fisici differenti, essendo uno più pesante dell'altro. La reale massa del nucleo atomico è leggermente inferiore della somma delle masse a riposo dei suoi nucleoni (neutroni + protoni), parte della massa è stata infatti persa per la formazione del nucleo, per rompere il nucleo e separare i nucleoni è necessaria questa energia: l'energia legante. Quanto più è grande l'energia legante per nucleone, maggiore sarà la stabilità del nucleo. Inoltre nel nucleo è presente la cosiddetta "forza forte" che lega i nucleoni, evitando che le forze elettromagnetiche li respingano; un nucleo è instabile quando c'è un grande numero di protoni e pochi neutroni che li separano. Gli isotopi nucleari acquistano stabilità emettendo radiazioni elettromagnetiche ad alta energia (alfa, beta, gamma). Le radiazioni beta sono elettroni ad alta energia, mentre le radiazioni alfa sono nuclei di elio (2 protoni + 2 neutroni). Il trizio non è un isotopo naturale, ma viene prodotto nei reattori nucleari ed è impiegato nella produzione delle bombe all'idrogeno e usato come tracciante isotopico nelle bioscienze e in cinetica chimica, e come sorgente di radiazione nelle vernici fosforescenti.
Materie trattate
Chimica, Fisica, Storia (la Seconda Guerra Mondiale)
Area
Scientifica
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