тяжелая вода что это такое простыми словами
На сколько вредна тяжелая вода?
Все слышали о воде или H2O, но гораздо меньше людей знают о «тяжелой воде». Чем она отличается от обычной и что будет, если ее выпить? Об этом в нашей статье.
Коллаж картины Алексея Венецианова «Встреча у колодца».
Что такое тяжелая вода?
Чтобы разгадать тайну тяжелой воды, нужно сначала понять, что такое изотопы.
Изотопы (от др.-греч. — «равный», «одинаковый», и — «место») — разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа
Водород имеет следующие изотопы.
Изотопы водорода: протий, дейтерий и тритий.
Также как и молекула воды (H2O), молекула тяжелой воды или оксид дейтерия (D2O) имеет два атома, связанных с одним атомом кислорода. Вместо обычных атомов водорода тяжелая вода содержит атомы дейтерия.
Кубики льда тяжелой воды будут тонуть. Источник изображения: depositphotos.com
В природе тяжелая вода встречается редко. Соотношение тяжелой и обычной воды составляет где-то 1: 20 000 000 молекул.
Какая польза от тяжелой воды?
Тяжелая вода используется в ядерных реакторах. В этих реакторах нейтроны движутся с невероятной скоростью и должны быть замедлены. Замедленное движение нейтронов в реакторе обеспечивает эффективное протекание реакции. Тяжелая вода выступает в качестве замедлителя нейтронов в этой реакции.
Что будет если выпить тяжелую воду?
Если вы выпьете небольшое количество тяжелой воды, то это никак не повлияет на вас. Тяжелая вода имеет сладковатый привкус.
Даже выпив несколько стаканов D2O вы не отравитесь, потому что дейтерий не радиоактивен, зато вы можете почувствовать дискомфорт из-за изменения плотности жидкости.
Стакан тяжелой воды? :). Источник изображения: fotosearch.ae
Также вы, вероятно, ощутите небольшое изменение давления жидкости в ваших ушах. Тем не менее, это количество не должно причинить серьезного вреда вашему организму, Через несколько дней весь дейтерий будет выведен из вашего тела.
Однако, если вы будете постоянно пить тяжелую воду (что маловероятно, поскольку, вы вряд ли сможете раздобыть тяжелую воду в таких объемах), то это будет очень вредно для вашего здоровья.
Потребление избыточного количества D2O может привести к летальному исходу. Источник изображения: e-wiki.org
К счастью, мы крайне редко слышим о передозировке людей тяжелой водой, главным образом, потому что получение D2O весьма дорого и трудоемко. Используя электролиз, можно получить чистую тяжелую воду, но большинство людей не имеют доступа к такому оборудованию. Покупка D2O также обходится очень недешево, стоимость оксида дейтерия более 100 долларов за 100 гр.
Чем дейтериевая вода отличается от обычной?
Формулу воды(H2O) знают даже те, кто почти не учил в школе химию, а вот про ее тяжелую разновидность слышал далеко не каждый. В привычной для нас жидкости содержится 2 атома водорода и 1 кислорода. В типичном состоянии водород содержит только один протон, но также существуют атомы, в которых находится 2 или 3 ядра, их считают изотопами. Химические свойства элемента настолько близки к атому обычного водорода, что он образует такие же молекулы. Поэтому вместо привычной легкой воды существует еще и дейтерия, которая значительно отличается от нее.
Физические свойства
По некоторым параметрам D2O (дейтериевая вода) схожа с обычной жидкостью, но в остальных параметрах они кардинально отличаются. Рассмотрим основные из них:
Как ее получают?
70 лет назад жидкость добывали только во время электролиза, но по мере развития технологий появился ректификационный водород и изотопный обмен в разных модификациях.
Сейчас на производстве используют метод, во время которого используют жидкость из электролитических цехов. Так появляется водород, а жидкость при этом содержит около 0,2% тяжелой воды. В результате изотопного обмена концентрация повышается до 10%. После этого начинается ступенчатый электролиз с щелочью, там показатель увеличивается до 99%.
Стоимость полученного раствора определяют в зависимости от его чистоты. Дома получить такую жидкость без специального оборудования не удастся.
Где используют?
Когда ученые только обнаружили тяжелую воду и выявили ее основные свойства, они не могли найти применение этому веществу. Оксид дейтерия не использовался 5 лет, после стал очевиден процесс деления ядер, поэтому для жидкости нашли промышленное применение.
Ядерные технологии
Сейчас мнения физиков раздваиваются, поскольку некоторые ученые видят настолько большой потенциал у тяжелой воды, что называют ее топливом будущего. Она уже используется для регулирования термоядерного синтеза, правда вносит в этот процесс свои коррективы.
Из-за высокой перспективности некоторые государства даже контролируют коммерческий оборот и устанавливают свои нормативы. Такие меры оправданы, поскольку иначе возникнет риск создания неконтролируемых установок, которые работают на природном уране.
Лаборатория, медицина
Оксид дейтерия используется во всех отраслях, где становится актуален. В медицине его адаптировали для предотвращения быстрого размножения микроорганизмов, биологи тоже активно пользуются этим свойством. Сейчас тяжелая вода используется еще и в качестве растворителя или индикатора при выполнении анализов.
Полностью влияние D2O на живые организмы все еще не изучено. Некоторые считают, что она действует почти также, как тяжелые металлы в воде. Ученые провели серию экспериментов и обнаружили неоднозначные результаты, которые менялись в зависимости от концентрации тяжелой воды в обычной жидкости:
Ядерные реакторы
Благодаря своим физическим свойствам жидкость способна замедлить нейроны, которые регулируют синтез. Тяжелая вода избавляет от необходимости установки нефритовых стержней, которые опасны из-за радиоактивности и угрозы взрыва. В реакторах элемент используют еще в качестве носителя, который отводит тепло из зоны с цепной реакцией.
Влияние на людей
D2O содержится в атмосфере тысячелетиями, поэтому в небольших количествах она попадает в питьевую воду. В таком виде жидкость не опасна. Проводить эксперименты с повышением ее концентрации не рекомендуется, поскольку даже во время экспериментов с животными еще не удалось достичь стабильного результата.
Иногда люди сравнивают металлы в сточных водах и D2O, но даже по физическим свойствам они отличаются. Тяжелая вода почти не проходит через клеточные мембраны, из-за этого организм быстро угнетается, замедляются химические реакции.
Несколько стаканов высококонцентрированной тяжелой воды не навредят здоровью и самочувствию. Некоторые врачи используют ее для лечения гипертонии. Однако, к этому процессу подходят с осторожностью, поскольку есть высокий риск развития побочных эффектов.
Тяжелые металлы в воде
Некоторые путают жесткую и тяжелую воду, хотя это два совершенно разных понятия. В первом случае подразумевается наличие тяжелых металлов, среди которых железо, марганец, свинец, медь и ртуть.
Очистка воды от тяжелых металлов происходит через фильтры. Методом обратного осмоса или сорбции из жидкости удаляют нежелательные элементы. С тяжелой водой такого сделать не получится. Ни одно очистительное сооружение не справится с этим, поскольку между частицами дейтерия и протия нет существенной разницы.
Тяжелая вода содержится в организме каждого человека и регулярно попадает в питьевую воду. Она широко используется в промышленной отрасли и считается перспективным топливом, но все ее свойства и влияние на живые организмы до конца остаются не изучены.
Тяжёлая вода — ее свойства, жизнь и энергия будущего
Тяжелая вода была открыта в 1932 году известным ученым Гарольдом Юри. Тяжёлая вода — кратко о главном …
Тяжёлая вода — оксид дейтерия …
Тяжёлая вода имеет ещё одно название — оксид дейтерия.
Многие из нас слышали про существование «тяжёлой воды», но мало кто знает, почему она называется тяжелой.
«Тяжелая вода» действительно является «тяжелой» по отношению к обычной воде, поскольку содержит вместо «легкого водорода» 1 H тяжелый изотоп 2 H или дейтерий (D), вследствие чего ее удельная масса на 10% больше чем у обычной. Химическая формула тяжелой воды — D2O или 2 H2O (2H2O).
«Тяжёлую воду» содержат практически все природные источники воды. Обычная вода, как правило, содержит приблизительно один атом дейтерия на каждые 6 760 обычных атомов водорода.
Тяжёлая вода — это …
Предлагаем обратиться к первоисточникам и ознакомиться с точными формулировками «тяжелой воды», данными в словарях и справочниках.
Термины атомной энергетики
Тяжелая вода (Heavy water) оксид дейтерия, D2О — по сравнению с обычной имеет значительно лучшие ядерно-физические свойства. Она почти не поглощает тепловых нейтронов, поэтому является лучшим замедлителем. Применение тяжелой воды в качестве замедлителя позволяет использовать в качестве топлива природный уран; уменьшается первоначальная загрузка топлива и ежегодное его потребление. Однако стоимость тяжелой воды очень высока.
Термины атомной энергетики. — Концерн Росэнергоатом, 2010
Большой Энциклопедический словарь
Большой Энциклопедический словарь. 2000
Научно-технический энциклопедический словарь
ТЯЖЕЛАЯ ВОДА (оксид дейтерия, D2O), вода, в которой атомы водорода замещены ДЕЙТЕРИЕМ (изотоп ВОДОРОДА с ОТНОСИТЕЛЬНОЙ АТОМНОЙ МАССОЙ, примерно равной 2, в то время как у обычного водорода относительная атомная масса равна примерно 1. Встречается в малых концентрациях в воде, из которой ее получают ЭЛЕКТРОЛИЗОМ. Тяжелая вода используется как ЗАМЕДЛИТЕЛЬ в некоторых АТОМНЫХ РЕАКТОРАХ.
Научно-технический энциклопедический словарь
Свойства тяжёлой воды
Свойства «тяжелой воды» во многом отличаются от свойств обычной H2O.
Цвет тяжёлой воды — бесцветная.
Запах тяжелой воды — не имеет ни запаха.
Плотность тяжёлой воды — плотность D2O примерно на 11% больше, чем плотность H2O.
Вязкость тяжелой воды — на 20% выше вязкости обычной воды;
Растворимость D2O — мало растворима в диэтиловом эфире, смешивается с этанолом.
Плотность (ρ) оксида дейтерия — 1,1042 г/см3 при температуре 25°C.
Давление паров — 10 мм.рт.ст при температуре 13.1°C, и 100 мм.рт.ст. при температуре 54°C.
Показатель преломления (σ) — 1,32844 при температуре 20°C.
Стандартная энтальпия образования ΔH — 294,6 кДж/моль (ж) (при 298 К).
Стандартная энергия Гиббса G — 243,48 кДж/моль (ж) (при 298 К);
Стандартная энтропия образования S — 75,9 Дж/моль•K (ж) (при 298 К);
Стандартная мольная теплоёмкость Cp — 84,3 Дж/моль•K (жг) (при 298 К);
Энтальпия плавления ΔHпл — 5,301 кДж/моль;
Энтальпия кипения ΔHкип — 45,4 кДж/моль;
Критическое давление — 31,86 Мпа;
Где применяется оксид дейтерия
Интересным является тот факт, что ученые, открывшие тяжелую воду, отнеслись к ней как к научному казусу и не увидели больших возможностей в ее применении, впрочем, следует заметить, что такая ситуация, с научными открытиями, не является одиночной. И лишь спустя некоторое время, совершенно другими исследователями, был открыт ее научный и промышленный потенциал.
«Тяжелая вода» применяется:
В продолжение темы, важно отметить, что существуют также и другие виды тяжелой воды — Полутяжелая вода, Сверхтяжелая и Тяжёлокислородные изотопные модификации воды, с которыми вы можете ознакомиться самостоятельно или в следующих наших публикациях.
Тяжёлая вода и наша жизнь
Тяжёлая, в отличие от H2O, угнетает все живое. Поэтому её часто называют – Мертвой водой. Она, как минимум, замедляет все биологические процессы. В том числе, замедляется или прекращается вообще размножение микробов и бактерий.
Как мы уже отмечали выше, «тяжелая вода» содержится во всех обычных водах – в реках, морях, озерах, в грунтовых водах, атмосферных осадках … Т. е. человек вольно или невольно постоянно соприкасается с D2O. Интересно отметить, что например, дождь содержит тяжелой воды заметно больше чем снег.
Некоторые исследователи полагают, что употребление избыточного количества «тяжелой воды» способствует старению, а регулярное превышение нормы приводит к тяжелым заболеваниям. Поэтому контроль уровня «тяжелых вод» является жизненно важным. Необходимо знать, что механические фильтры не очищают воду от «тяжелой воды».
Это особо важно учитывать при использовании фильтров обратного осмоса и в первую очередь при опреснении морской воды. Поскольку уровень «тяжелой воды» в морской воде, как правило, превышает норму. Известны случаи, когда целые регионы стали жертвами «незнания» этого факта. Люди, проживавшие в этих регионах, регулярно использовали опресненную методом обратного осмоса морскую воду, вследствие чего многие из них заболели тяжелыми болезнями.
Один из методов уменьшения концентрации тяжелой воды в питьевой воде, мы рассматривали в статье Талая вода, приготовление в домашних условиях.
Выводы
Понимая, что в природе нет ничего лишнего, можем утверждать, что тяжелая вода требует от нас особого адекватного отношения, внимания и дальнейшего изучения. Ее потенциал, как говорится, «налицо» и вероятно будет реализован в будущем и возможно в ближайшем.
Источники
[1] По материалам — О. В. Мосин «Все о дейтерии и тяжелой воде».
Тяжелая вода что это такое простыми словами
и чем она отличается от лёгкой.
Чем же так ценна тяжёлая вода, что её не только выделили из простой (а это, поверьте, целое дело), но и носятся, как с писаной торбой?
Для начала приведём перечень этих свойств.
Тяжелая вода не имеет ни запаха, ни цвета; по этому параметру лёгкую и тяжёлую воду не различить.
Температура её плавления выше, лёд тяжёлой воды начинает образовываться уже при температуре 3,813 °C
Вязкость тяжелой воды на 20% выше вязкости обычной
Плотность – 1, 1042 г/см3 при температуре 25°C, что тоже ненамного, но выше плотности обычной воды.
То есть, различить их можно даже на примитивном, бытовом уровне. Но есть у тяжёлой воды и свойства, которые трудно определить «дома на кухне». Например:
Тяжёлая вода, в отличие от лёгкой, очень плохо поглощает нейтроны. И потому является идеальным замедлителем для ядерных реакциях на медленных, «тепловых» нейтронах.
Хорошо, а где же она располагается, эта «тяжёлая вода»? Где этот волшебный источник с ценным содержимым? Ценным, ибо килограмм тяжёлой воды стоит более тысячи евро.
«Тяжелая вода» применяется:
В ядерных технологиях;
В ядерных реакторах, для торможения нейтронов и в качестве теплоносителя;
В качестве изотопного индикатора в химии, физике, биологии и гидрологии;
Как детектор некоторых элементарных частиц;
Вполне вероятно, что в обозримом будущем тяжелая вода станет бесконечным источником э нергии – учёные всерьёз думают, как использовать дейтери й в качестве топлива для управляемого термоядерного синтеза. Но это пока из области фантастики, хотя успехи на данном поприще неоспоримы.
Эксперименты над млекопитающими показали, что замещение 25% водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, более высокие концентрации приводят к быстрой гибели животного. Н екоторые микроорганизмы способны жить в 70%-ной тяжёлой воде) (простейшие) и даже в чистой тяжёлой воде (бактерии), но это исключения. Человек может без видимого вреда для здоровья выпить стакан тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней, но при постоянном длительном воздействии начинается замещение воды в тканях, после чего проявляются негативные последствия.
Но есть и обратная сторона медали: н аоборот, снижени е содержания дейтерия на 25% ниже нормы в воде, которую давали животным, благотворно сказалось на их развитии: свиньи, крысы и мыши дали потомство, во много раз многочисленнее и крупнее обычного, а яйценосность кур поднялась вдвое. То есть, кроме «мёртвой воды» учёные обнаружили и «живую», и детская сказка стала реальностью.
Что такое тяжелая вода и можно ли ее пить (4 фото)
Тем, чьи знания по химии ограничиваются объемом школьной программы, может казаться, что вода состоит только из монооксида водорода и имеет всем известную формулу H2O. Это так, но кроме него в состав могут входить изотопы Н: протий, дейтерий и тритий.
Тритий нестабилен, поэтому практически отсутствует в воде. При этом существующий сверхтяжелый водород распадается на гелий, излучая электрон и антинейтрино. Выделение значительного числа электронов может вызвать свечение люминофора вроде того, как светятся небольшие тритиевые брелки, в которых запечатан изотоп.
Формула простой и тяжелой воды
Дейтерий стабилен, довольно часто встречается в природе и содержится в воде, в том числе в тканях человека. Концентрация вещества мала, составляет 0,0156 %. Несмотря на это, его содержание в воде увеличивает плотность жидкости, тем самым делает воду тяжелой. В лабораториях такую воду получают путем электролиза и дистилляции, что ресурсозатратно и дорого. В больших масштабах получение D2O возможно методом Гербера, основанном на изотопном обмене.
Сходства и отличия обычной и обогащенной дейтерием воды
Химические свойства дейтерия
Дейтерий — легкий газ, он легче воздуха. D2 отлично горит, температура короны исходящего пламени составляет 1 600 °С, поэтому огонь способен плавить стекло. Термические реакции с дейтерием не проводятся, так как в современных условиях важны более энергообъемные ядерные реакции, на которые элемент без сомнения способен.
Можно ли пить тяжелую воду
Воду с химической формулой D2O можно пить при необходимости, так как она токсична в малой степени и через несколько дней весь дейтерий будет выведен из организма. В рамках опытов было выяснено, что первые 100-200 г могут вызвать вестибулярные нарушения.
Но если пить тяжелую воду несколько месяцев, то последствия могут быть плачевными. Замещение 25% водорода дейтерием у млекопитающих может привести к стерильности воды в тканях, что впоследствии приведет к минимальному энергообмену и смерти и часто это необратимо. При восстановлении функций жидкости последствиями может стать бесплодие. При концентрации H2O и D2O в пропорциях 1:1 организм млекопитающего, в том числе человека, погибает.
Рыбы и беспозвоночные могут существовать при содержании в организме 90% дейтерийсодержащей воды, простейшие с гетеротрофным типом питания — при 70%. Некоторые бактерии и водоросли способны существовать и размножаться в D2O.
Интересные факты о применении тяжелой воды
Но чтобы получить этот изотоп, необходимо было облучать уран, а полученные нейтроны значительно замедлять. В качестве замедлителя подходил графит и тяжелая вода, но ни того, ни другого у немцев не было. Тогда они приняли решение построить в оккупированной Норвегии электролизную электростанцию. Груз с тяжелой водой они так и не получили, в 1943 г. паром затонул.
Реакторы на тяжелой воде нашли дальнейшее применение, так как в них можно использовать природный, а не обогащенный уран, хотя над получением воды тоже необходимо потрудиться. Сегодня несколько канадских реакторов продолжают работать на тяжелой воде.