Air berat

Air berat

Nama
Nama IUPAC [2H]2-Water[3]
Nama lain Deuterium monoksida[butuh rujukan] Deuterium oksida[1] Air-d2[2]
Penanda
Nomor CAS	7789-20-0 Y
Model 3D (JSmol)	Gambar interaktif
3DMet	{{{3DMet}}}
ChEBI	CHEBI:41981 Y
ChemSpider	23004 Y
Nomor EC
Referensi Gmelin	97
KEGG	D03703 Y
MeSH	Deuterium+Oxide
PubChem CID	24602
Nomor RTECS	{{{value}}}
UNII	J65BV539M3 Y
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID4051243
InChI InChI=1S/H2O/h1H2/i/hD2 Y Key: XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Y
SMILES [2H]O[2H]
Sifat
Rumus kimia	2H2O
Massa molar	20.0276 g mol−1
Penampilan	Biru sangat pucat, cairan transparan
Bau	Tak berbau
Densitas	1.107 g mL−1
Titik lebur	27.424 °C; 49.395 °F; 27.697 K
Titik didih	1.014 °C (1.857 °F; 1.287 K)
Kelarutan dalam air	Larut
log P	−1.38
Indeks bias (nD)	1.328
Viskositas	1.25 mPa s (at 20 °C)
Momen dipol	1.87 D
Bahaya
Kecuali dinyatakan lain, data di atas berlaku pada suhu dan tekanan standar (25 °C [77 °F], 100 kPa).
Y verifikasi (apa ini YN ?)
Referensi

Air berat adalah air (H₂O) yang memiliki isotop H-2 (deuterium).^[4][5] Air biasa sebagian sangat besar didominasi oleh molekul dengan atom H-1 karena intinya memiliki satu proton. Deuterium memiliki tambahan satu neutron pada intinya.

Pada air berat, deuterium mendominasi komposisi molekul-molekul air sehingga air ini memiliki massa yang lebih tinggi pada volume yang sama dibandingkan dengan air biasa. Perbedaan berat mengakibatkan perbedaan sifat fisika dan kimianya dengan air biasa.

Air berat dipakai pada reaktor nuklir sebagai pendingin.^[6] Air berat juga digunakan sebagai moderator (pelambat) neutron.

Inti deuterium terdiri dari satu neutron dan satu proton; inti atom protium (hidrogen normal) hanya terdiri dari satu proton. Neutron tambahan ini membuat atom deuterium kira-kira dua kali lebih berat daripada atom protium.

Sebuah molekul air berat memiliki dua atom deuterium, bukan dua atom protium pada air biasa. Istilah air berat sebagaimana didefinisikan oleh Buku Emas IUPAC juga dapat merujuk pada air dengan proporsi atom hidrogen deuterium yang lebih tinggi dari biasanya. Sebagai perbandingan, Air Laut Rata-Rata Standar Wina ("air biasa" yang digunakan untuk standar deuterium) mengandung sekitar 156 atom deuterium per juta atom hidrogen; artinya, 0,0156% atom hidrogen adalah ²H. Dengan demikian, air berat sebagaimana didefinisikan oleh Buku Emas mencakup air semiberat (hidrogen-deuterium oksida, HDO) dan campuran lain dari D₂O, H₂O, dan HDO dengan proporsi deuterium yang lebih besar dari biasanya. Misalnya, air berat yang digunakan dalam reaktor CANDU adalah campuran air yang sangat diperkaya yang sebagian besar terdiri dari deuterium oksida D₂O, tetapi juga sebagian hidrogen-deuterium oksida dan sejumlah kecil air biasa H₂O. Air berat ini diperkaya 99,75% oleh fraksi atom hidrogen; artinya, 99,75% atom hidrogen merupakan jenis berat; namun, air berat dalam pengertian Buku Emas tidak perlu diperkaya terlalu tinggi. Namun, berat molekul air berat tidak jauh berbeda dengan molekul air normal, karena sekitar 89% massa molekul berasal dari atom oksigen tunggal, alih-alih dua atom hidrogen.

Air berat tidak radioaktif. Dalam bentuknya yang murni, ia memiliki massa jenis sekitar 11% lebih besar daripada air tetapi secara fisik dan kimia serupa. Namun demikian, berbagai perbedaan dalam air yang mengandung deuterium (terutama yang memengaruhi sifat biologisnya) lebih besar daripada senyawa substitusi isotop umum lainnya karena deuterium unik di antara isotop stabil berat karena beratnya dua kali lipat dari isotop paling ringan. Perbedaan ini meningkatkan kekuatan ikatan hidrogen-oksigen air, dan hal ini pada gilirannya cukup untuk menyebabkan perbedaan yang penting bagi beberapa reaksi biokimia. Tubuh manusia secara alami mengandung deuterium setara dengan sekitar lima gram air berat, yang tidak berbahaya. Ketika sebagian besar air (> 50%) pada organisme tingkat tinggi digantikan oleh air berat, hasilnya adalah disfungsi sel dan kematian.

Air berat pertama kali diproduksi pada tahun 1932, beberapa bulan setelah penemuan deuterium. Dengan penemuan fisi nuklir pada akhir tahun 1938, dan kebutuhan akan moderator neutron yang menangkap sedikit neutron, air berat menjadi komponen penelitian energi nuklir awal. Sejak itu, air berat telah menjadi komponen penting dalam beberapa jenis reaktor, baik yang menghasilkan daya dan yang dirancang untuk menghasilkan isotop untuk senjata nuklir. Reaktor air berat ini memiliki keuntungan karena dapat beroperasi pada uranium alami tanpa menggunakan moderator grafit yang menimbulkan bahaya radiologi dan ledakan debu pada fase dekomisioning. Desain RBMK Soviet yang dimoderasi grafit mencoba untuk menghindari penggunaan uranium yang diperkaya atau air berat (didinginkan dengan air biasa sebagai gantinya) yang menghasilkan koefisien rongga positif yang merupakan salah satu dari serangkaian kelemahan dalam desain reaktor yang menyebabkan bencana Chernobyl. Sebagian besar reaktor modern menggunakan uranium yang diperkaya dengan air biasa sebagai moderator.

Air berat dapat diproduksi melalui berbagai proses. Namun, dua proses yang terbukti layak secara komersial adalah

• proses pertukaran air-hidrogen sulfida (proses GS) dan ^[9]
• proses pertukaran amonia-hidrogen.

Proses GS didasarkan pada pertukaran hidrogen dan deuterium antara air dan hidrogen sulfida dalam serangkaian menara yang dioperasikan dengan bagian atas dingin dan bagian bawah panas. Air mengalir menuruni menara sementara gas hidrogen sulfida bersirkulasi dari bawah ke atas menara. Serangkaian baki berlubang digunakan untuk mendorong pencampuran antara gas dan air. Deuterium bermigrasi ke air pada suhu rendah dan ke hidrogen sulfida pada suhu tinggi. Gas atau air, yang diperkaya deuterium, dikeluarkan dari menara tahap pertama di persimpangan bagian panas dan dingin, dan proses ini diulangi di menara tahap berikutnya. Produk tahap terakhir, air yang diperkaya hingga 30% deuterium, dikirim ke unit distilasi untuk menghasilkan air berat kelas reaktor, yaitu 99,75% deuterium oksida.

Proses pertukaran amonia-hidrogen dapat mengekstraksi deuterium dari gas sintesis melalui kontak dengan amonia cair dengan adanya katalis. Gas sintesis dialirkan ke menara pertukaran dan ke konverter amonia. Di dalam menara, gas mengalir dari bawah ke atas sementara amonia cair mengalir dari atas ke bawah. Deuterium dipisahkan dari hidrogen dalam gas sintesis dan dikonsentrasikan dalam amonia. Amonia kemudian mengalir ke cracker amonia di bagian bawah menara sementara gas mengalir ke konverter amonia di bagian atas. Pengayaan lebih lanjut terjadi pada tahap-tahap selanjutnya dan air berat kelas reaktor diproduksi melalui distilasi akhir. Umpan gas sintesis dapat disediakan oleh pabrik amonia yang, pada gilirannya, dapat dibangun bersama dengan pabrik pertukaran amonia-hidrogen air berat. Proses pertukaran amonia-hidrogen juga dapat menggunakan air biasa sebagai sumber umpan deuterium.

Banyak peralatan utama untuk pabrik produksi air berat yang menggunakan GS atau proses pertukaran amonia-hidrogen umum digunakan di beberapa segmen industri kimia dan perminyakan. Hal ini khususnya berlaku untuk pabrik kecil yang menggunakan proses GS. Namun, hanya sedikit peralatan yang tersedia secara siap pakai. Proses GS dan amonia-hidrogen memerlukan penanganan cairan yang mudah terbakar, korosif, dan beracun dalam jumlah besar pada tekanan tinggi. Oleh karena itu, dalam menetapkan standar desain dan operasi untuk pabrik dan peralatan yang menggunakan proses ini, perhatian yang cermat terhadap pemilihan dan spesifikasi material diperlukan untuk memastikan masa pakai yang lama dengan faktor keamanan dan keandalan yang tinggi. Pemilihan skala terutama merupakan fungsi ekonomi dan kebutuhan. Dengan demikian, sebagian besar peralatan akan disiapkan sesuai dengan kebutuhan pelanggan.

Baik dalam proses GS maupun proses pertukaran amonia-hidrogen, peralatan yang secara individual tidak dirancang atau dipersiapkan secara khusus untuk produksi air berat dapat dirakit menjadi sistem yang dirancang atau dipersiapkan secara khusus untuk memproduksi air berat. Sistem produksi katalis yang digunakan dalam proses pertukaran amonia-hidrogen dan sistem distilasi air yang digunakan untuk konsentrasi akhir air berat menjadi air berat tingkat reaktor dalam kedua proses tersebut merupakan contoh sistem tersebut.

Peralatan yang dirancang atau dipersiapkan secara khusus untuk produksi air berat menggunakan proses pertukaran air-hidrogen sulfida maupun proses pertukaran amonia-hidrogen meliputi:

• Menara pertukaran air-hidrogen sulfida
• Blower dan Kompresor
• Menara pertukaran amonia-hidrogen
• Internal menara dan pompa bertahap
• Ammonia cracker
• Analisis penyerapan inframerah
• Pembakar katalitik

• Badan Tenaga Atom Internasional (IAEA)
• Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN)
• Organisasi Riset Tenaga Nuklir (ORTN)
• Pembangkit listrik tenaga nuklir
• Reaktor nuklir
• Bahan bakar nuklir
• Pengisian bahan bakar online
• Inti reaktor nuklir
• Moderator neutron
• Cairan pendingin
• Batang kendali (reaktor nuklir)
• Startup sumber neutron
• Pompa air umpan boiler
• Bejana tekan reaktor
• Reaktor pembiak
• Generator uap (tenaga nuklir)
• Menara pendingin
• Turbin uap
• Generator listrik
• Light water reactor (LWR)
• Boiling water reactor (BWR)
• Pressurized water reactor (PWR)
• Pressurized heavy-water reactor (PHWR)
• Moderator Grafit:
• Magnox
• Advanced gas-cooled reactor' (AGR)
• RBMK
• Tenaga nuklir berbasis thorium

1. ^ Parpart, Arthur K. (1935). "The permeability of the mammalian erythrocyte to deuterium oxide (heavy water)". Journal of Cellular and Comparative Physiology (dalam bahasa Inggris). 7 (2): 153–162. doi:10.1002/jcp.1030070202. ISSN 1553-0809.
2. ^ Svishchev, I. M.; Kusalik, P. G. (1994-01). "Dynamics in liquid water, water-d2, and water-t2: a comparative simulation study". The Journal of Physical Chemistry (dalam bahasa Inggris). 98 (3): 728–733. doi:10.1021/j100054a002. ISSN 0022-3654.
3. ^ International Union of Pure and Applied Chemistry (2005). Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005). Cambridge (UK): RSC–IUPAC. ISBN 0-85404-438-8. p. 306. PDF.
4. ^ "IUPAC - heavy water (H02758)". goldbook.iupac.org. Diakses tanggal 13 Oktober 2020.
5. ^ "IUPAC - deuterium (D01648)". goldbook.iupac.org. Diakses tanggal 13 Oktober 2020.
6. ^ "Water cooled reactors". www.iaea.org (dalam bahasa Inggris). 2016-04-13. Diakses tanggal 2020-10-13. Heavy Water Reactors (HWRs) use "enriched" water, the molecules of which comprise hydrogen atoms that are made up to more than 99 per cent of deuterium, a heavier hydrogen isotope. This heavy water, used as a moderator, improves the overall neutron economy, allowing fuel to be used that does not require enrichment.
7. ^ "Water properties". www1.lsbu.ac.uk. Diarsipkan dari asli tanggal 2017-05-20. Diakses tanggal 14 Oktober 2020.
8. ^ Kotz, John; Teichel, Paul; Townsend, John (2008). Chemistry and Chemical Reactivity, Volume 1 (Edisi 7th). Cengage Learning. hlm. 15. ISBN 978-0-495-38711-4. Extract of page 15
9. ^ https://energyeducation.ca/encyclopedia/Heavy_water

Artikel bertopik fisika ini adalah sebuah rintisan. Anda dapat membantu Wikipedia dengan mengembangkannya.

• l
• b
• s

Artikel bertopik kimia ini adalah sebuah rintisan. Anda dapat membantu Wikipedia dengan mengembangkannya.

• l
• b
• s