O dobro da massa, e nota-se
Os isótopos de um mesmo elemento costumam ser intercambiáveis. O carbono 13 comporta-se como o 12 em qualquer reação que importe, com uma diferença de massa de 8 %.
O deutério é 100 % mais pesado do que o prótio. Nada mais na tabela periódica apresenta essa proporção, e é por isso que os isótopos do hidrogénio têm nomes em vez de números.
As consequências medem-se. A água pesada ferve a 101,4 °C em vez de 100, congela a 3,8 °C em vez de 0, e é 11 % mais densa — um cubo de gelo de água pesada afunda-se num copo de água.
⚠️ Mais útil para os químicos: uma ligação com deutério parte-se mais devagar do que uma com prótio, por um fator de seis ou sete. Se substituir um hidrogénio por deutério abranda uma reação, é porque esse hidrogénio intervinha no passo lento. Este efeito isotópico cinético é uma das poucas ferramentas que revelam diretamente um mecanismo de reação.
Harold Urey identificou o deutério em 1931 e recebeu o Nobel da Química três anos depois.
Moderar sem absorver
Um reator tem de travar os seus neutrões. Os neutrões rápidos atravessam o urânio 235 sem provocar fissão; travá-los até energias térmicas aumenta enormemente a probabilidade.
Qualquer coisa leve os travará, mas o moderador tem também de não os absorver. A água comum trava bem e absorve razoavelmente — o suficiente para que um reator que a use exija urânio enriquecido a 3 ou 5 %.
A água pesada absorve muitos menos neutrões, porque o deutério já tem o neutrão que o prótio capturaria. Essa margem basta para que um reator funcione com urânio natural, sem enriquecimento nenhum.
⚠️ É aí que está todo o interesse estratégico. Um país com água pesada pode construir um reator sem construir uma instalação de enriquecimento, e produzir plutónio nesse reator. Daí o controlo das exportações de água pesada e a atenção que essas linhas recebem.
O Canadá construiu o seu programa elétrico assim. A Índia também, que produziu o plutónio da sua primeira arma num reator de investigação de água pesada fornecido para uso civil.
Vemork
A central da Norsk Hydro em Vemork, perto de Rjukan, produzia hidrogénio por eletrólise para fabricar fertilizantes. A água pesada acumulava-se nas células como subproduto, porque o isótopo leve se eletrolisa um pouco mais depressa e o resíduo se enriquece em deutério.
Em 1940 era o único produtor significativo da Europa, e o programa alemão de reator precisava dela.
Comandos noruegueses são lançados de paraquedas, atravessam a esquis o planalto de Hardanger em pleno inverno, escalam uma ravina que os alemães consideravam intransponível, e destroem as células em fevereiro de 1943 sem disparar um tiro. Seguem-se bombardeamentos aliados. Em 1944, sabotadores afundam um ferry que levava as existências restantes no lago Tinn.
⚠️ Quanto isto influenciou é discutido — o programa alemão sofria de outros males, entre eles o abandono da grafite como moderador com base em medições feitas com material contaminado. Mas a operação eliminou a única fonte europeia de um material em que esse programa tinha apostado.
Traçar sem irradiar
Como o deutério é estável, pode ser administrado a pessoas.
A água duplamente marcada — com deutério e oxigénio 18 — é o método de referência para medir o gasto energético em sujeitos com vida normal. O sujeito bebe uma dose e fornece amostras de urina nos dias seguintes; os dois isótopos deixam o corpo a ritmos diferentes, e a diferença dá a produção de dióxido de carbono, e portanto o gasto.
Foi assim que a disciplina aprendeu que o gasto energético humano varia muito menos entre populações e modos de vida do que se supunha.
⚠️ O deutério serve também para desenhar fármacos. Substituir um hidrogénio no ponto em que uma enzima ataca a molécula abranda a sua degradação e prolonga o efeito. O primeiro fármaco deuterado foi autorizado em 2017; é uma estratégia de desenho real, não uma curiosidade.
Bebê-la
A água pesada não é radioativa e um copo é inofensivo.
Substituir uma fração importante da água do corpo é outra coisa. A divisão celular depende de reações com ligações de hidrogénio, e abrandá-las por um fator de seis perturba a mitose. Mamíferos alimentados exclusivamente com água pesada morrem quando a sua água corporal atinge cerca de 25 % de deutério.
⚠️ Chegar aí supõe não beber quase mais nada durante dias, e a água pesada custa o suficiente para que seja uma forma cara de fazer mal a si próprio. A apresentação sensacionalista da água pesada como veneno é tecnicamente verdadeira e praticamente irrelevante.