àcqua pesante

denominazione delle specie chimiche che derivano dalla comune acqua H₂O per sostituzione di uno o di ambedue gli atomi di idrogeno oppure di quello di ossigeno con gli atomi degli isotopi più pesanti dei due elementi: per il comune idrogeno di massa atomica 1 con gli isotopi di massa atomica 2 (deuterio) ed eventualmente di massa atomica 3 (trizio), per il comune ossigeno di massa atomica 16 con gli isotopi di massa atomica 17 e 18. In effetti l'idrogeno, come in genere lo si rinviene in natura e come entra a far parte delle acque naturali, contiene circa un atomo dell'isotopo deuterio su 4500 di idrogeno; è invece in pratica irrilevante il contenuto in trizio; anche l'isotopo ¹⁷O è molto scarso, mentre un po' più abbondante è quello ¹⁸O. In senso più stretto si definisce acqua pesante quella che corrisponde alla formula D₂O (diossido di deuterio) e cioè l'acqua costituita da due atomi di deuterio e uno dell'isotopo di massa atomica 16 dell'ossigeno. Nell'acqua normale la specie chimica D₂O è presente in percentuale assolutamente minima e quasi tutto il deuterio entra a far parte di molecole DHO, nelle quali cioè uno dei due atomi di idrogeno è quello di massa atomica 1, mentre l'altro è un atomo di deuterio. In effetti gli atomi di deuterio possono trasferirsi in pratica istantaneamente da una molecola di acqua all'altra attraverso la reazione di scambio H₂O+D₂O⇄2DHO. Ne deriva quindi un sistema in equilibrio costituito da molecole H₂O, DHO e D₂O: a mano a mano che, attraverso adatti procedimenti, si allontana l'isotopo leggero dell'idrogeno, aumenta la percentuale di molecole D₂O. Ciò può essere realizzato sottoponendo l'acqua a elettrolisi, dato che la parte di acqua non ancora decomposta dal processo elettrolitico si arricchisce gradualmente di deuterio, ovvero per distillazione frazionata: l'acqua pesante bolle infatti a una temperatura un poco più elevata che non l'acqua H₂O, e cioè a 101,4 ºC alla pressione di un'atmosfera. La minima differenza di punto di ebollizione rende però ardua la separazione per questa via; più semplice è il metodo nel quale il deuterio e l'idrogeno liberi e allo stato gassoso vengono separati per diffusione frazionata: il deuterio viene poi bruciato con ossigeno per formare l'acqua pesante. Oltre a quella prima indicata del punto di ebollizione, l'acqua pesante presenta rispetto all'acqua normale piccole differenze nelle altre proprietà fisiche: per esempio, presenta una densità di 1,1044 contro quella di 1 dell'acqua normale, una viscosità e un calore specifico un po' più elevati. La solubilità dei sali in D₂O puro risulta in genere assai minore che quella in acqua comune. Gli organismi viventi sopportano la sostituzione dell'acqua naturale che essi assorbono con acqua contenente una percentuale di D₂O non troppo elevata e diversa da caso a caso. § L'acqua pesante viene impiegata come moderatore in alcuni tipi di reattore nucleare.