Schweres Wasser
Schweres Wasser (Deuteriumoxid) ist chemisch gesehen Wasser, mit der chemischen Summenformel D2O. Von „normalem“ Wasser (Summenformel H2O) unterscheidet es sich dadurch, dass die normalen Wasserstoffatome (Protium, Symbol H) durch schwere Wasserstoffatome (Deuterium, Symbol D) ersetzt sind. Normaler Wasserstoff hat nur ein Proton im Atomkern, das Isotop Deuterium hat ein Proton und ein Neutron. Dementsprechend ist die Dichte schweren Wassers auch etwas höher als die von normalem.
Halbschweres Wasser (Summenformel HDO) enthält hingegen ein normales und ein schweres Wasserstoffatom. Es kommt in der Natur viel häufiger vor als schweres Wasser. Auf der Erde findet sich etwa ein Deuteriumatom auf 7000 Wasserstoffatome.
Schweres Wasser wird durch Anreicherung aus herkömmlichem Wasser, in dem es in geringer Menge vorkommt, gewonnen. Wird Wasser elektrolysiert bleibt das schwere Wasser eher unzersetzt zurück während leichtes Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird.
Eigenschaften
Schweres Wasser ist weniger reaktionsfähig als normales Wasser und hat eine niedrigere Lösefähigkeit. Darum wirkt schweres Wasser auf die meisten Organismen leicht giftig. Experimente mit Mäusen zeigten, dass die Zellteilung (Mitose) unterdrückt wird. Dadurch wird Gewebe, das schnell erneuert werden muss (z. B. Magenwand), bei fortgesetzter Einnahme von schwerem Wasser in Mitleidenschaft gezogen. Diese Effekte wurden sichtbar, als die Mäuse etwa 50% ihres Wassers durch schweres Wasser ersetzt hatten. Aggressive Krebserkrankungen sollten zwar auch gebremst werden; der Nutzen einer Therapie mit schwerem Wasser würde aber die Nebenwirkungen wahrscheinlich nicht aufwiegen.
| Schweres Wasser (D2O) | Normales Wasser (H2O) | |
|---|---|---|
| Schmelzpunkt | 3,82 °C | 0 °C |
| Siedepunkt (bei Normaldruck) | 101,42 °C | 100 °C |
| Maximale Dichte | 1,1072 g/cm3 | 1,0 g/cm3 |
| Maximale Dichte bei | 11,2 °C | 3,98 °C |
| pKw-Wert bei 25°C | 14,869 | 14,000 |
Verwendung
Schweres Wasser wird in einigen Kernkraftwerken (nämlich in Schwerwasserreaktoren wie zum Beispiel Reaktoren des Typ Candu) als Moderator eingesetzt, da es im Vergleich zu gewöhnlichem Wasser bei gleich starker Moderationswirkung weniger Neutronen absorbiert. Dadurch kann auf eine bei Leichtwasserreaktoren notwendige Anreicherung des Urans verzichtet werden.
Weiterhin wird schweres Wasser zum Markieren von organischen Verbindungen, also als Radioindikator verwendet.
Historisches
In den Kriegsjahren 1942 bis 1944 wurde das norwegische Rjukan Schauplatz einer brisanten Auseinandersetzung. Dort befand sich seit 1934 die einzige europäische Fabrik, die schweres Wasser in nennenswerten Mengen herstellten konnte. Ende der 1930er Jahre hatten deutsche Wissenschaftler das Prinzip der nuklearen Kettenreaktion entdeckt, woraus nach dem Ausbruch des Zweiten Weltkriegs ein Wettlauf mit den Alliierten um Kontrolle über die Fabrik begann. Für das deutsche Uranprojekt war dabei die Verwendung von schwerem Wasser als Moderator eines Versuchsreaktors vorgesehen, mit dem unter anderem waffenfähiges Plutonium hätte hergestellt werden können.
Die Anlage in Rjukan geriet somit ins Fadenkreuz der Alliierten, ihre Ausschaltung konnte die deutsche Atomwaffenforschung auf einen Schlag ungefährlich machen. Nach mehreren Rückschlägen wurde im Februar 1943 mit Hilfe norwegischer Widerstandskämpfer eine erfolgreiche Kommandoaktion durchgeführt, es folgten mehrere Bombenangriffe auf die danach wiederaufgebaute Anlage. Die Evakuierung des schweren Wassers nach Deutschland wurde am 20.02.1944 durch einen Bombenanschlag auf das Schiff "Hydro", das die Fässer mit schwerem Wasser an Bord hatte, sabotiert. Das Schiff sank innerhalb weniger Sekunden auf den 430m tiefen Tinnsojen-See. Nach Deutschland gebrachte Teile der Anlage wurden nicht mehr in Betrieb genommen.