Dua kali massanya, dan itu terlihat
Isotop dari unsur yang sama biasanya dapat dipertukarkan. Karbon 13 berperilaku seperti karbon 12 dalam setiap reaksi yang berarti, dengan selisih massa 8 %.
Deuterium 100 % lebih berat daripada protium. Tak ada lagi dalam tabel periodik yang menunjukkan nisbah itu, dan karena itulah isotop hidrogen memiliki nama, bukan nomor.
Akibatnya terukur. Air berat mendidih pada 101,4 °C alih-alih 100, membeku pada 3,8 °C alih-alih 0, dan 11 % lebih rapat — es dari air berat tenggelam dalam segelas air biasa.
⚠️ Yang lebih berguna bagi ahli kimia: ikatan dengan deuterium putus lebih lambat daripada ikatan dengan protium, dengan faktor enam atau tujuh. Bila mengganti sebuah hidrogen dengan deuterium memperlambat sebuah reaksi, berarti hidrogen itu terlibat dalam langkah yang lambat. Efek isotop kinetik ini salah satu dari sedikit alat yang menyingkap mekanisme reaksi secara langsung.
Harold Urey mengenali deuterium pada 1931 dan menerima Nobel Kimia tiga tahun kemudian.
Memoderasi tanpa menyerap
Reaktor harus memperlambat neutronnya. Neutron cepat melintasi uranium 235 tanpa menimbulkan fisi; memperlambatnya sampai energi termal meningkatkan peluangnya secara luar biasa.
Apa pun yang ringan akan memperlambatnya, tetapi moderatornya juga tak boleh menyerapnya. Air biasa memperlambat dengan baik dan menyerap secukupnya — cukup sehingga reaktor yang memakainya memerlukan uranium diperkaya 3 sampai 5 %.
Air berat menyerap jauh lebih sedikit neutron, karena deuterium sudah memiliki neutron yang akan ditangkap protium. Selisih itu cukup untuk membuat reaktor bekerja dengan uranium alam, tanpa pengayaan sama sekali.
⚠️ Di situlah seluruh nilai strategisnya. Negara yang punya air berat dapat membangun reaktor tanpa membangun pabrik pengayaan, dan menghasilkan plutonium dalam reaktor itu. Karena itulah ekspor air berat dikendalikan dan jalur reaktor semacam itu mendapat perhatian.
Kanada membangun program listriknya begitu. India juga, yang menghasilkan plutonium senjata pertamanya dalam reaktor riset air berat yang dipasok untuk penggunaan sipil.
Vemork
Pabrik Norsk Hydro di Vemork, dekat Rjukan, menghasilkan hidrogen lewat elektrolisis untuk membuat pupuk. Air berat menumpuk dalam selnya sebagai hasil sampingan, karena isotop ringan terelektrolisis sedikit lebih cepat dan sisanya menjadi kaya deuterium.
Pada 1940 ia satu-satunya penghasil berarti di Eropa, dan program reaktor Jerman memerlukannya.
Komando Norwegia diterjunkan, menyeberangi dataran tinggi Hardanger dengan ski di tengah musim dingin, memanjat jurang yang dianggap Jerman tak dapat dilalui, dan menghancurkan selnya pada Februari 1943 tanpa sebutir peluru. Pengeboman Sekutu menyusul. Pada 1944, penyabot menenggelamkan feri yang mengangkut sisa persediaan di Danau Tinn.
⚠️ Seberapa besar pengaruhnya masih diperdebatkan — program Jerman menderita masalah lain, termasuk keputusan meninggalkan grafit sebagai moderator berdasarkan pengukuran dengan bahan yang tercemar. Tetapi operasi itu menyingkirkan satu-satunya sumber Eropa untuk bahan yang telah dipertaruhkan program tersebut.
Menandai tanpa menyinari
Karena deuterium stabil, ia dapat diberikan kepada manusia.
Air berlabel ganda — mengandung deuterium dan oksigen 18 — adalah metode baku untuk mengukur pengeluaran energi pada orang yang menjalani hidup biasa. Subjek meminum satu dosis dan menyerahkan sampel urin pada hari-hari berikutnya; kedua isotop meninggalkan tubuh dengan laju berbeda, dan selisihnya memberi produksi karbon dioksida, dan karenanya pengeluaran energi.
Dengan cara itulah bidang ini mengetahui bahwa pengeluaran energi manusia jauh lebih seragam antarpopulasi dan antarcara hidup daripada yang disangka sebelumnya.
⚠️ Deuterium juga dipakai merancang obat. Mengganti sebuah hidrogen di tempat enzim menyerang molekulnya memperlambat penguraiannya dan memperpanjang kerjanya. Obat terdeuterasi pertama disetujui pada 2017; ini strategi perancangan yang sungguhan, bukan keingintahuan belaka.
Meminumnya
Air berat tidak radioaktif dan segelas tak berbahaya.
Menggantikan sebagian besar air tubuh adalah perkara lain. Pembelahan sel bergantung pada reaksi yang melibatkan ikatan hidrogen, dan memperlambatnya dengan faktor enam mengacaukan mitosis. Mamalia yang diberi air berat sebagai satu-satunya minuman mati ketika air tubuhnya mencapai sekitar 25 % deuterium.
⚠️ Mencapai titik itu berarti nyaris tak meminum apa pun yang lain selama berhari-hari, dan air berat cukup mahal sehingga menjadi cara yang mahal untuk mencelakai diri. Penyajian sensasional air berat sebagai racun benar secara teknis dan tak berarti secara praktis.