Среди всех изотопов дейтерий — уникум, так как его атомный вес вдвое превосходит вес основного изотопа водорода — протия. Причина этого уникального отличия в том, что, если атомное ядро протия состоит из одного протона, то в состав ядра дейтерия кроме протона входит еще и нейтрон.

Ядро дейтерия обладает дополнительной гравитационной силой, удерживающей единственный электрон, который расположен дальше от ядра, чем электрон протия.

Поэтому атом дейтерия и больше по своим размерам, и тяжелее атома протия.

Но логике природы необходимо было в бесчисленном многообразии химических реакций и физических превращений выявить условия, при которых молекулы тяжелой воды D2О и HDO, растворенные в легкой воде, имели бы большие отличия от молекул Н2О. Уточним эту мысль другими словами: требовалось установить физико-химические параметры максимальных отличий свойств D2О и HDO от Н2О. Только после этого могла бы идти речь о магистральных направлениях технологических решений получения целебной и лечебной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия и трития — реликтовой воды. Для этого, по-видимому, необходимо было исследовать хорошо изученные химические реакции с участием дейтерия. Приведем несколько примеров.

Фторид дейтерия получают при взаимодействии фторида водорода — протия с иодидом дейтерия — DI.

HF + DI = HI + DF

Для газовой фазы энтропия реакции ?S°298 = 0,08. Тяжеловодородный аммиак получают так’. 2NН3 + 3D2O = 2ND3 + 3Н2О

Энтропия этой реакции: ?S°298 = 0,3.

Тяжелую воду при повышенном давлении можно получить следующим образом:

D2 + Н2О = H2 + D2O

Энтропия реакции ?S°298 = -0,8.

Судя по значениям энтропии, приведенные обменные реакции близки к равновесным. Особый интерес для нас представляет реакция . Видно, что дейтерий обладает большим химическим сродством к кислороду, чем протиевый водород, поэтому в воде в присутствии Д2 образуется дейтериевая вода.

При растворении тяжелой воды D2O в обычной, например, речной или водопроводной воде, происходит изотопный обмен.

D2O + Н2О = 2HDO

?S°298 = 2,8 (самая большая энтропия).

Поэтому еще раз подчеркнем, что, судя по значению энтропии реакции, весь или почти весь дейтерий в реках, озерах, в морях, океанах, наконец, в атмосфере нашей Земли, находится в форме HDO, а не D2O.

В настоящее время достаточно полно изучены свойства тяжелой воды в форме D2O.

Температура кипения тяжелой воды (D2O) при нормальном давлении составляет 101,4 °С, т.е. на 1,4 °С выше, чем у обычной воды.

Температура плавления (замерзания) тяжелой воды равна +3,8 °С.

Теплота плавления льда тяжелой воды на 5,5% больше, чем для обычной воды и составляет соответственно 1520 и 1436 кал/моль.

В таблице 1 приведены наиболее важные показатели термодинамических свойств обычной и тяжелой воды.

Таблица 1

Термодинамические свойства обычной и тяжелой воды. Количественные показатели отличия воды в форме D2O и Н2O

style=’width:456.0pt;margin-left:2.0pt;border-collapse:collapse;border:none;
mso-border-alt:solid windowtext .5pt;mso-padding-alt:0cm 2.0pt 0cm 2.0pt;
mso-border-insideh:.5pt solid windowtext;mso-border-insidev:.5pt solid windowtext’>

Свойства	Обычная вода (Н2O)	Тяжелая вода (D2O)	Количественные показатели отличий воды в форме D2O и Н2О
Температура кипения °С	100	101,4	1,4
Температура замерзания (таяния) °С	0	3,8	3,8
Теплота плавления льда, кал/моль	1436	1520	84
Теплота испарения, кал/моль: — при 100 °С — при 3,82 °С	9719 10702	9927 11109	208 407
Теплоемкость при 4 °С, кал/моль	18	20,13	2,13
Константа диссоциации при 25 °С, моль/л	1,1×10-14	1,95×10-15	—
Энтропия, кал/град	45,14	47,41	2,27

Из анализа других показателей свойств тяжелой и обычной воды следует, что тяжелая вода более инертна, ионизирована слабее.