trivialnavn for deuteriumoksid, D2O, en vannklar væske uten lukt og smak. Foruten D2O eksisterer HDO. I sine fysiske egenskaper avviker tungtvann til dels betydelig fra alminnelig vann. Såvel smeltepunkt, 3,81 °C, kokepunkt, 101,42 °C, temperatur for maksimal densitet, 11,23 °C (vann 3,98 °C) og maksimal densitet, 1,10602 g/cm3 er høyere enn for vann. Ved 25 °C har tungtvann densitet 1,10452 g/cm3, vann 0,99701 g/cm3. Løseligheten av uorganiske salter i tungtvann er generelt lavere enn i alminnelig vann. Tungtvann er også mindre reaktivt, og kjemiske reaksjoner forløper langsommere med tungtvann enn med alminnelig vann. I større mengder er tungtvann helseskadelig.
Fremstilling
Tungtvann fremstilles industrielt ved elektrolyse av vann, ved kjemiske utbytningsreaksjoner og ved fraksjonert destillasjon av vann eller hydrogen.
Elektrolyse
Fremstillingen ved elektrolyse beror på at den normale hydrogenisotop, protium, utlades lettere enn deuterium. Hydrogenet som unnviker ved elektrolysen, er derfor anriket på protium, mens deuterium i form av D2O blir anriket i elektrolyttluten. Etter lengre tids bruk kan anrikningen i tekniske elektrolyttluter bli fem ganger det opprinnelige innhold. Den anrikede luten blir nøytralisert med karbondioksid og destillert. Hele prosessen er energikrevende og kan bare utføres når store mengder hydrogen samtidig kan brukes for andre formål, f.eks. til fremstilling av ammoniakk. I Norge ble tungtvann fremstilt etter denne metoden ved Norsk Hydro A/S på Rjukan.
Utbytningsreaksjoner
Fremstillingen ved utbytningsreaksjoner beror på utbytning av deuterium mellom vann, H2O, og hydrogensulfid, H2S, eller mellom hydrogengass og vann eller ammoniakk. Den første av disse reaksjonene er viktigst for fremstilling av større mengder tungtvann. Reaksjonen utføres ved så lav anrikningsgrad at deuterium hovedsakelig finnes som HDS i hydrogensulfidet og som HDO i vannet. Fordelingen av deuterium mellom hydrogensulfid og vann bestemmes av utbytningslikevekten: HDS(g) + H2O(l)⇆ H2S(g) + HDO(l) (g = gass, l = væske). Ved lav temperatur (25 °C) er likevekten forskjøvet mot høyre, og det vil derfor skje en utbytning av D mellom HDS og H2O slik at D blir anriket i vannet. Prosessen utføres mest økonomisk ved å benytte seg av at likevekten ved høyere temperatur er mindre forskjøvet mot høyre. Utføres prosessen derfor vekselvis ved lav og høy temperatur (130 °C) ved å la hydrogensulfidgass og vann sirkulere mellom et varmt og et kaldt kolonnetårn, vil hver overgang til ny fase innebære en anrikning av deuterium, ved lav temperatur i vannfasen, ved høy temperatur i hydrogensulfidgassen. Anrikningen drives i alminnelighet til ca. 15 molprosent D2O innhold i vannfasen. Videre anrikning til 90 % D2O skjer ved fraksjonert vakuumdestillasjon og til 99,75 % D2O ved elektrolyse. Tungtvann blir fremstilt etter denne metoden i USA og Canada.
Ammoniakk/hydrogenutbytningsreaksjonen: NH3(l) + HD(g)⇆ NH2D(l) + H2(g) er gunstigere enn hydrogensulfid/vannreaksjonen for anrikning av deuterium, men den krever en katalysator for å oppnå et brukbart utbytte. En fabrikk med kaliumamid KNH2 som katalysator ble startet i Frankrike 1968.
Fraksjonert destillasjon
Fraksjonert destillasjon av flytende hydrogen beror på at deuterium er mindre flyktig enn det lettere protium, som derfor fortrinnsvis unnviker i gassform ved destillasjonen, mens deuterium anrikes i væsken. Til slutt blir fraskilt deuterium brent til tungtvann i oksygen. Denne metoden lar seg likeledes bare utføre i forbindelse med annen anvendelse av hydrogenet.
Fraksjonert destillasjon av vann beror på at vann ved alle temperaturer har et høyere damptrykk enn deuteriumoksid. Den relative damptrykkforskjell er størst ved lave temperaturer. Destillasjonen utføres derfor ved lav temperatur, 30–50 °C, og ved forminsket trykk, 6,5–16,5 kPa. Anrikningen drives til omkring 90 molprosent D2O. Sluttanrikning til 99,8 % deuterium skjer elektrolytisk.
Typer
Fordi oksygen er en blanding av isotopene 16O, 17O og 18O, finnes det i virkeligheten flere sorter vann (H216O, H217O og H218O), (D216O, D217O og D218O) og (HD16O, HD17O og HD18O). Isotopene 17O og 18O er sågar hyppigere enn deuterium. I vann er det derfor meget mer H218O enn D2O. Forskjellen i oksygenisotopenes egenskaper er imidlertid så liten at den ikke gjør seg gjeldende, f.eks. ved elektrolyse av vann. Derfor forstår man i alminnelighet med tungtvann deuteriumoksid D2O. Da tritium anrikes på lignende måte som deuterium, inneholder tungtvann strengt tatt også små mengder tritiumoksid T2O. Se også deuteriumoksid.
Anvendelse
Tungtvann anvendes i kjernereaktorer, som moderator for å bremse nøytronene slik at disse får den riktige hastighet, men også som varmeutvekslingsmedium. Brukt tungtvann fra reaktorer er noe radioaktivt pga. dannelse av tritium. Tidligere ble det fremstilt konsentrat av tungtvann ved elektrolyseanleggene på Rjukan. Ved reaksjon i tungtvann kan f.eks. tung svovelsyre, D2O + SO3=D2SO4, fremstilles.