מה זה בעצם מים כבדים? אם שמעתם על המונח הזה אבל לא בטוחים בטיבו, המאמר הזה הוא בשבילכם. ישנם כמה הבדלים עם מים רגילים (הידועים כמים קלים) הן במאפיינים והן בשימושים.
לכן, אנו הולכים לספר לך במאמר זה כל מה שאתה צריך לדעת על מים כבדים, מאפיינים, שימושים ועוד ועוד.
מה זה מים כבדים או מים קשים?
ליסודות כימיים יש בדרך כלל כמה איזוטופים, מה שמצביע על כך שאלמנט בודד יכול להתקיים במספר צורות בהתאם למבנה הפנימי שלו. תופעה זו מודגמת במימן המצוי במים כבדים.
כאשר בוחנים את מבנה המים, מיוצג כ-H2O, אנו מתכוונים, בין אם אנו מבינים זאת או לא, למים קלים. להיפך, יש מולקולה בעלת אותו הרכב שבו המימן אינו מוחלף באיזוטופ הנפוץ ביותר שלו, הידוע בשם פרוטיום, אלא באיזוטופ כבד יותר של היסוד, הנקרא דאוטריום.
אילו הבחנות נובעות משינוי איזוטופי מימן בהשוואה של מים קלים ומים כבדים?
הבדלים בין מים כבדים למים קלים
כל שינוי המתרחש ברמה המולקולרית בחומר, כולל מים, מייצר שינויים בתכונותיו ובמאפייניו. לָכֵן, הכללת דאוטריום ב-H2O של מים כבדים מבדילה אותו ממים קלים.
ההבחנה שנצפתה ברמה המולקולרית מצביעה על כך שמים קלים מכילים פרוטון וחסרים נויטרונים בגרעין, בעוד מים כבדים מורכבים מפרוטון ומנויטרון נוסף. וריאציה זו בין שני האיזוטופים של המימן היא הבסיס לסיווג דאוטריום כאיזוטופ כבד.
למים כבדים משקל מולקולרי גבוה יותר בהשוואה למים קלים. בנוסף, יש לו צפיפות גדולה יותר מאשר מים קלים. למים כבדים יש גם רמת חומציות גבוהה יותר בהשוואה למים קלים.
מעבר להבחנות האמורות במהות ובתכונות, אין להתעלם מהפערים בין צריכת מים כבדים לזו של מים קלים או רגילים. למעשה, בליעת כמויות משמעותיות של מים כבדים עלולה לגרום לשינויים ביוכימיים בולטים בגוף.
האם ניתן לצרוך מים כבדים?
השאלה לגבי צריכת מים כבדים עולה מהימצאותם בכמויות מזעריות במי הברז שאנו נוהגים להשתמש בהם.
למרות שכמות קטנה עשויה לא להוות סיכונים משמעותיים, בליעת כמויות גדולות של מים כבדים עלולה לגרום לשינויים בתא, מיוחס למסה השונה של אטומי מימן בהשוואה למים קלים.
אחת ההשלכות של צריכה מופרזת של מים כבדים היא סחרחורת, הנובעת משינויי הצפיפות שהיא משרה בנוזל האוזן הפנימית, האזור שבו נמצא איבר שיווי המשקל.
לכן, מומלץ שלמרות שכמויות קטנות בדרך כלל אינן מהוות בעיות, האפשרות המועדפת היא לצרוך מים קלים במקום מים כבדים, מחפש מים עם טוהר מקסימלי. עם זאת, אילו צעדים ניתן לנקוט כדי להבטיח שמי הברז המסופקים למגורים שלנו יהיו נקיים מזיהומים? באילו שיטות ניתן להשתמש כדי להסיר זיהומים ומתכות כבדות מהמים?
למרות שהוכח כי נדרשת צריכה משמעותית של מים כבדים כדי שההשפעות המזיקות יבואו לידי ביטוי, נותרה השאלה החוזרת ונשנית: כיצד אוכל להבטיח שרמות המים הכבדים הקיימים בביתי יהיו בגבולות המקובלים?
כאשר צורכים מי ברז, אנו מקבלים מטבענו כל זיהומים אפשריים או חומרים מזיקים שעשויים להימצא בהרכבו. כתוצאה מכך, השיטה היעילה ביותר להבטיח צריכת מי ברז באיכות וטוהר מעולים היא התקנת מערכת אוסמוזה הפוכה.
מערכות טיהור אלו משתמשות במסננים המיועדים להסרת מזהמים כגון סיד ומתכות כבדות, שאמנם אינם אופייניים למים איכותיים, אך עשויים להימצא מדי פעם במי הברז.
שימושים במים כבדים
כבר ראינו שלא ניתן לצרוך מים כבדים בכמויות גדולות. עם זאת, יש לו מספר רב של שימושים בתחום התעשייתי. בואו נראה כמה שימושים בולטים במים כבדים:
- כורים גרעיניים משתמשים במים כבדים בעיקר כמנחה וכנוזל קירור.. יתרון משמעותי של כורי מים כבדים הוא יכולתם להשתמש באורניום טבעי כדלק, ובכך להימנע מתהליך העשרת האורניום היקר.
- ניסויים בפיזור ניוטרונים: בתחומי הפיזיקה והביולוגיה, מים כבדים ממלאים תפקיד חשוב בניסויים בפיזור נויטרונים. על ידי החלפת דאוטריום באטומי מימן רגילים בתוך תרכובת, החוקרים יכולים לקבוע את המבנה והדינמיקה של אותה תרכובת.
- תיוג איזוטופי דוטריום משמש לעתים קרובות ב ניסויים ביולוגיים למעקב אחר מסלולי הספיגה והמטבוליזם של חומרים בתוך תאים או אורגניזמים. בתחום הכימיה, ההבחנה הבולטת בין מימן לדאוטריום מאפשרת יישום של מים כבדים ב-NMR (תהודה מגנטית גרעינית).
- ספקטרוסקופיה ו-FTIR (ספקטרוסקופיה של פורייה טרנספורמציה אינפרא אדום), המאפשרת את הניתוח והפרשנות של נתונים ספקטרליים.
- ייצור דאוטריום: המקור העיקרי של דאוטריום הוא מים כבדים, אשר מוצאים יישומים בהקשרים צבאיים (כמרכיב של נשק גרעיני), במגזרים תעשייתיים (המשמשים כסוכן סימון בתחום התרופות) ומחקר מדעי (במיוחד במחקר הקשור לאפקט האיזוטופי ).
האם מים כבדים רעים לבריאות שלך?
מעט ידוע על ההשפעות הבריאותיות המזיקות של מים כבדים. אם לוקחים בחשבון שאחד מכל 7.000 אטומי מימן הוא דאוטריום ושגוף האדם מורכב מ-75% מים, סביר להניח שהוא כבר יש בין 6 ל-8 גרם מים כבדים בוורידים.
בכמויות האלה זה לא אמור להיות מסוכן, כי אז כולנו נמות. מה שאנחנו כן יודעים זה שהקשר שנוצר בין דאוטריום וחמצן ב-D2O הוא קצת יותר חזק מהקשר ב-H2O.
אנחנו גם יודעים שרבים מהתהליכים הכימיים שמחזיקים אותנו בחיים דורשים פיצול של מים למימן וחמצן. מכיוון שנדרשת יותר אנרגיה כדי לפרק מולקולות D2O, תהליכים אלה יכולים להאט או להפסיק לחלוטין, איכשהו להרוג אותנו.
אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על מה זה מים כבדים והשימושים בהם.