ما هي المياه الثقيلة

تعريف المياه الثقيلة

المياه الثقيلة هي مياه بنفس الصيغة الكيميائية للمياه العادية (H2O)؛ أيّ أنَّها تتكوّن أيضاً من ذرتيّ هيدروجين وذرة أكسجين واحدة، لكنّها لا تحتوي على النظير العادي للهيدروجين الذي يُسمّى البروتيوم (بالإنجليزية: Portium)، وإنّما تحتوي على واحد من نظائر ذرة الهيدروجين الذي يُعرف بالديوتيريوم (بالإنجليزية: Deuterium) أو اثنين منه؛ ولهذا تُعرف المياه الثقيلة أيضاً بأكسيد الديوتيريوم (D2O).[١]

الوزن الجزيئي للمياه الثقيلة

يُشار إلى أنَّ الوزن الذري للديوتيريوم يُعادل 2 في حين أنَّ الوزن الذري للنظير العادي للهيدروجين البروتيوم يُعادل 1، وبهذا يختلف الوزن الجزيئي للمياه الثقيلة كُليّاً عن الوزن الجزيئيّ للمياه العاديّة؛ حيث يبلغ الوزن الجزيئي للمياه الثقيلة 20 في حال احتوائها على ذرتيّ ديوتيريوم؛ وهو ما يُمثّل مجموع ضعفيّ الوزن الذريّ للديوتيريوم 4 بالإضافة إلى الوزن الذري للأكسجين الذي يبلغ 16، فيما يبلغ الوزن الجزيئي للمياه العاديّة 18؛ وهو ما يُمثّل مجموع ضعفيّ الوزن الذري للبروتيوم 2 بالإضافة إلى الوزن الذري للأكسجين.[٢]

نسبة المياه الثقيلة في الطبيعة

تتكوّن المياه الثقيلة بصورةٍ طبيعيةٍ لكن بكمياتٍ قليلةٍ مُقارنةً بالمياه العاديّة؛ حيث تصل نسبة تواجدها في الطبيعة إلى ما يُعادل جزيء واحد منها مقابل عشرين مليون جزيء من المياه العاديّة، كما يُشار إلى أنَّ المياه الثقيلة لا تمتلك أيّ نشاط إشعاعيّ؛ لإنَّ الديوتيريوم يُعتبر نظيراً مُستقرّاً.[٣]

استخدامات المياه الثقيلة

تتعدد استخدامات المياه الثقيلة، ومن أبرزها ما يأتي:

تطبيقات المفاعلات النووية

فيما يأتي أهم استخدامات المياه الثقيلة في مجال المفاعلات النووية:[٤]

• إبطاء سرعة النيوترونات في مفاعلات الانشطار النووي ضمن عملية تُعرف بتهدئة النيوترونات؛ وذلك لضمان حدوث تفاعل تسلسلي انشطاري فعّال، إلى جانب ذلك تُمثّل أحد الوسيطين اللذين يُمكن استخدامهما للسماح للمفاعل النووي أن يعمل باستخدام اليورانيوم الطبيعيّ،[٣] حيث يُمكنها التفاعل مع نظير اليورانيوم U235 بدلاً من نظير اليورانيومU238.[٤]
• مُبرّد في المفاعلات النووية .
• التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي لرصد المجالات المغناطيسيّة حول أنوية الذرات.
• مطيافية الأشعة تحت الحمراء* بدلًا من المياه العادية.
• إنتاج التريتيوم الذي يُمثّل أحد نظائر الهيدروجين المُشعّة، إذ يُعدُّ مادةً فعّالةً في تفاعلات الاندماج النووي، حيث يتشكّل من خلال التقاط الديوتيريوم الموجود في المياه الثقيلة لنيوترون.

تطبيقات الدراسات الحيوية

تُستخدم المياه الثقيلة في الدراسات الحيوية الآتية:[٤]

• تُستخدَم كمتتبِّع (بالإنجليزية: Tracer) لدراسة آليّة بعض العمليّات الحيويّة؛ كالتنفّس والتركيب الضوئي.
• تدخل في اختبار مُعدّل الأيض لدى الإنسان والحيوان؛ عن طريق خلط كميّة من المياه الثقيلة مع مياه تحتوي على أكسجين ثقيل.
• تدخل في تحضير نظائر عديدة للمركبات العضوية.

مخاطر شرب المياه الثقيلة

يُنصح بتجنُّب شرب المياه الثقيلة لما تُسبّبه من أضرار في جسم الإنسان نتيجة تفاعل ذرات الديوتيريوم في العمليات الكيميائيّة الحيويّة داخل خلايا الجسم، ويُشار إلى أنَّ الضرر الذي تُحدثه يعتمد على المقدار الذي يتمّ شربه؛ إذ إنّ شرب مقدار كوب واحد منها أو أقل لا يتسبّب في حدوث أيّ ضرر، بينما يتسبّب شرب كمية كبيرة في الشعور بالدوار لإنَّ كثافتها أعلى من كثافة المياه العاديّة، ممّا يُؤثّر على السائل الموجود في الأذن الداخلية والمسؤوول عن المحافظة على توازن الجسم.[٥]

مخاطر شرب كميات كبيرة من المياه الثقيلة

يؤدّي شرب كميات كبيرة من المياه الثقيلة لفترات زمنية متواصلة إلى زيادة نسبتها في المياه الموجودة في الجسم، وفيما يأتي توضيح لمدى خطورتها:[٥]

• لا تُشكّل تهديداً على حياة الإنسان ما دامت نسبتها لا تتجاوز 20% من نسبة المياه الموجودة في الجسم.
• تتسبّب في حدوث أضرار كبيرة في حال تجاوزت نسبتها 20%؛ إذ تؤدّي إلى العُقم في حال وصلت نسبتها 25%.
• إذا وصلت نسبتها إلى 50% من المياه في الجسم فإنَّها تؤدّي إلى الموت.

تجدُر الإشارة إلى أنَّ هذه التأثيرات تحدث فقط في أجسام الثدييّات، في حين لا تتأثر بقيّة الكائنات الحية بها بنفس الطريقة، فمثلاً يُمكن أن يزداد نموُّ البكتريا فوقها فقط.

______________________________________________________________________________

• مطيافية الأشعة تحت الحمراء: (بالإنجليزية: Infrared spectroscopy)؛ عملية تحليل ضوء الأشعة تحت الحمراء المتفاعل مع ذرة واحدة عن طريق قياس مقدار امتصاص الأشعة أو انبعاثها أو انعكاسها.[٦]

المراجع

1. ↑ Anne Marie Helmenstine (28-1-2020), “Can You Drink Heavy Water?”، www.thoughtco.com, Retrieved 21-10-2020. Edited.
2. ↑ Adam Augustyn (13-11-2019), “Heavy Water”، www.britannica.com, Retrieved 21-10-2020. Edited.
3. ^ أ ب Bethel Afework, Jordan Hanania, Kailyn Stenhouse, Jason Donev (18-5-2018), “Heavy Water”، energyeducation.ca, Retrieved 21-10-2020. Edited.
4. ^ أ ب ت “Heavy Water – Uses, Properties and Reactions”, byjus.com, Retrieved 21-10-2020. Edited.
5. ^ أ ب Juan Ramos (14-11-2017), “Heavy Water: Here’s Why You Shouldn’t Drink Heavy Water”، sciencetrends.com, Retrieved 21-10-2020. Edited.
6. ↑ “Infrared Spectroscopy”, chem.libretexts.org,2002-8-16، Retrieved 2020-11-5. Edited.