100 mmHg Taide. 54°C:ssa
Raskasta vettä Tätä termiä käytetään yleensä viittaamaan raskasta vetyvettä, tunnetaan myös deuteriumoksidi. Raskaalla vetyvedellä on sama kemiallinen kaava kuin tavallisella vedellä, mutta tavallisen vedyn kevyen isotoopin (protium) kahden atomin sijasta se sisältää kaksi raskaan vetyisotoopin atomia - deuteriumia, ja sen happi isotooppikoostumuksessa vastaa ilman happea. . Raskaan vetyveden kaava kirjoitetaan yleensä muodossa D 2 O tai 2 H 2 O. Ulkoisesti raskas vesi näyttää tavalliselta - värittömältä nesteeltä, jolla ei ole makua tai hajua. Hän ei ole radioaktiivinen.
Tietosanakirja YouTube
1 / 5
✪ SAI DEUTERIA JA KOKEILUIN RASKASTA VEttä!
✪ Veden ainutlaatuiset ominaisuudet. Kemia on helppoa.
✪ Kylmä ydinfuusio lasissa vettä. Halpa lämmitys, edullinen vedyn tuotanto.
✪ Osmium – MAAN RASKAIN METALLI!
✪ Galileo. Kuiva vesi (osa 1)
Tekstitykset
Löytöhistoria
Raskaan vetyveden molekyylit löysi ensimmäisen kerran luonnollisesta vedestä vuonna 1932 Harold Urey, josta tiedemies sai Nobelin kemian palkinnon vuonna 1934. Ja jo vuonna 1933 Gilbert Lewis eristi puhdasta, raskasta vetyvettä. Tavallisen veden, joka sisältää tavallisten vesimolekyylien ohella merkityksettömän määrän vedyn raskaan isotoopin muodostamia raskaita (D 2 O) ja puoliraskoja (HOD) vesimolekyylejä, elektrolyysissä jäännös rikastuu vähitellen molekyyleillä. näistä yhdisteistä. Tällaisesta jäännöksestä, toistuvan elektrolyysin jälkeen, Lewis onnistui vuonna 1933 eristämään ensimmäistä kertaa pienen määrän vettä, joka koostui lähes 100 % happiyhdisteen molekyyleistä deuteriumin kanssa ja jota kutsutaan raskaaksi. Tämä raskaan veden tuotantomenetelmä on edelleen tärkein menetelmä, vaikka sitä käytetäänkin pääasiassa väkevöinnin loppuvaiheessa 5-10 %:sta > 99 %:iin (katso alla).
Ydinfission löytämisen jälkeen vuoden 1938 lopulla ja mahdollisuudesta käyttää neutronien aiheuttamia ydinfissioreaktioita syntyi tarve neutronien hidastimelle - aineelle, joka voi tehokkaasti hidastaa neutroneja menettämättä niitä sieppausreaktioissa. Neutroneita hillitsevät tehokkaimmin kevyet ytimet, ja tavallisten vetyytimien (protium) olisi pitänyt olla tehokkain hidastin, mutta niillä on korkea neutronien sieppauspoikkileikkaus. Päinvastoin, raskas vety vangitsee hyvin vähän neutroneja (protiumin lämpöneutronien sieppauspoikkileikkaus on yli 100 tuhatta kertaa suurempi kuin deuteriumin). Teknisesti kätevin deuteriumyhdiste on raskas vesi, ja se voi toimia myös jäähdytysaineena, joka poistaa vapautunutta lämpöä alueelta, jossa fissioketjureaktio tapahtuu. Ydinvoiman varhaisista ajoista lähtien raskas vesi on ollut tärkeä ainesosa joissakin reaktoreissa, sekä voimantuotantolaitoksissa että reaktoreissa, jotka on suunniteltu tuottamaan plutonium-isotooppeja ydinaseita varten. Näillä niin sanotuilla raskaan veden reaktoreilla on se etu, että ne voivat toimia luonnonuraanilla (rikastamattomalla) uraanilla ilman grafiittihidastajia, mikä käytöstäpoistovaiheen aikana voi aiheuttaa pölyräjähdysvaaran ja sisältää indusoitunutta radioaktiivisuutta (hiili-14 ja useita muista radionuklideista). Useimmat nykyaikaiset reaktorit käyttävät kuitenkin rikastettua uraania normaalilla "kevyellä vedellä" hidastimena, huolimatta hillittyjen neutronien osittaisesta häviämisestä.
Raskaan veden tuotanto Neuvostoliitossa
Raskaan veden teollinen tuotanto ja käyttö alkoi ydinenergian kehityksen myötä. Neuvostoliitossa Neuvostoliiton tiedeakatemian laboratorion nro 3 () järjestämisen aikana projektipäällikkö A. I. Alikhanov sai tehtäväksi luoda raskaan veden reaktori. Tämä johti raskaan veden tarpeeseen, ja Neuvostoliiton kansankomissaarien neuvoston alaisen erityiskomitean tekninen neuvosto kehitti luonnoksen Neuvostoliiton kansankomissaarien neuvoston asetukseksi "Puoliteollisten laitosten rakentamisesta tuotteen tuotanto 180", työ tuottavien raskasvesilaitosten luomiseksi uskottiin ydinprojektin johtajalle B. L. Vannikoville, kemianteollisuuden kansankomissarille M. G. Pervukhinille, valtion suunnittelukomission edustajalle N. A. Borisov, Neuvostoliiton rakentamisen kansankomissaari S. Z. Ginzburg, Neuvostoliiton konetekniikan ja instrumentoinnin kansankomissaari P. I. Parshin ja Neuvostoliiton öljyteollisuuden kansankomissaari N. K. Baibakov. M. O. Kornfeld, Neuvostoliiton Tiedeakatemian laboratorion nro 2 sektoripäällikkö, tuli pääkonsultiksi raskaan veden kysymyksissä.
Ominaisuudet
Tavallisen ja raskaan veden ominaisuuksien vertailu
| Parametri | D2O | HDO | H2O |
|---|---|---|---|
| Sulamispiste (°C) | 3,82 | 0,00 | |
| Kiehumispiste (°C) | 101,42 | 100,7 | 100,00 |
| Tiheys (g/cm³, 20 °C:ssa) | 1,1056 | 1,054 | 0,9982 |
| Maksimilämpötila tiheys (°C) |
11,6 | 4,0 | |
| Viskositeetti (senttipoise, 20 °C) | 1,25 | 1,1248 | 1,005 |
| Pintajännitys (dyne cm, 25 °C:ssa) |
71,87 | 71,93 | 71,98 |
| Molaarinen tilavuuden lasku sulaessa (cm³/mol) |
1,567 | 1,634 | |
| Molaarinen sulamislämpö (kcal/mol) | 1,515 | 1,436 | |
| Höyrystymislämpö (kcal/mol) | 10,864 | 10,757 | 10,515 |
| (25°C:ssa) | 7,41 | 7,266 | 7,00 |
Luonnossa oleminen
Luonnollisissa vesissä yksi deuteriumatomi vastaa 6400...7600 protiumiatomia. Melkein kaikki se on DHO-molekyylien koostumuksessa, yksi tällainen molekyyli osuu 3200 ... 3800 molekyyliin kevyttä vettä. Vain hyvin pieni osa deuteriumatomeista muodostaa raskasvesimolekyylejä D 2 O, koska todennäköisyys, että kaksi deuteriumatomia kohtaavat yhdessä molekyylissä luonnossa on pieni (noin 0,5⋅10 −7). Veden deuteriumpitoisuuden keinotekoinen lisäys tämä todennäköisyys kasvaa.
Biologinen rooli ja fysiologinen vaikutus
Raskas vesi on vain lievästi myrkyllistä, sen ympäristössä tapahtuvat kemialliset reaktiot ovat jonkin verran hitaampia kuin tavallisessa vedessä, deuteriumin vetysidokset ovat jonkin verran normaalia vahvempia. Nisäkkäillä (hiirillä, rotilla, koirilla) tehdyt kokeet osoittivat, että kudosten vedyn korvaaminen 25 % deuteriumilla johtaa steriiliyteen, joskus peruuttamattomaan. Suuremmat pitoisuudet johtavat eläimen nopeaan kuolemaan; näin ollen nisäkkäät, jotka joivat raskasta vettä viikon ajan, kuolivat, kun puolet heidän kehonsa vedestä oli deuteroitu; kalat ja selkärangattomat kuolevat vain, kun kehon veden deutetoituminen on 90 %. Yksinkertaisimmat pystyvät sopeutumaan 70-prosenttiseen raskaan veden liuokseen, ja levät ja bakteerit pystyvät elämään jopa puhtaassa raskaassa vedessä. Ihminen voi juoda useita lasillisia raskasta vettä ilman näkyvää haittaa terveydelle, kaikki deuterium poistuu elimistöstä muutamassa päivässä.
Näin ollen raskas vesi on paljon vähemmän myrkyllistä kuin esimerkiksi ruokasuola. Raskasta vettä on käytetty ihmisten verenpainetaudin hoitoon päivittäisillä annoksilla 10 - 675 g D 2 O päivässä.
Ihmiskeho sisältää luonnollisena epäpuhtautena yhtä paljon deuteriumia kuin 5 grammaa raskasta vettä; tämä deuterium sisältyy pääasiassa HDO:n puoliraskaisiin vesimolekyyleihin sekä kaikkiin muihin vetyä sisältäviin biologisiin yhdisteisiin.
Jotain tietoa
Raskas vesi kerääntyy jäljellä olevaan elektrolyytiin veden toistuvan elektrolyysin aikana. Ulkoilmassa raskas vesi imee nopeasti tavallisen veden höyryt, joten voidaan sanoa, että se on hygroskooppista. Raskaan veden tuotanto on erittäin energiaintensiivistä, joten sen hinta on melko korkea. Vuonna 1935, heti raskaan veden löytämisen jälkeen, sen hinta oli noin 19 dollaria grammalta). Tällä hetkellä kemiallisten reagenssien toimittajien myymä raskas vesi, jonka deuteriumpitoisuus on 99 at.%, maksaa noin 1 euron grammalta 1 kg:lta, mutta tämä hinta viittaa tuotteeseen, jonka kemiallisen reagenssin laatu on valvottu ja taattu; alemmilla laatuvaatimuksilla hinta voi olla suuruusluokkaa pienempi.
Sovellus
Raskaan vetyveden tärkein ominaisuus on, että se ei käytännössä absorboi neutroneja, joten sitä käytetään ydinreaktoreissa neutronien lieventämiseen ja jäähdytysaineena. Sitä käytetään myös isotooppi-indikaattorina kemiassa, biologiassa ja hydrologiassa, fysiologiassa, maatalouskemiassa jne. (mukaan lukien kokeet elävillä organismeilla ja ihmisen diagnostiset tutkimukset). Hiukkasfysiikassa raskasta vettä käytetään neutriinojen havaitsemiseen; Näin ollen suurin aurinkoneutrinoilmaisin SNO (Kanada) sisältää 1000 tonnia raskasta vettä.
Deuterium on tulevaisuuden energian ydinpolttoaine, joka perustuu ohjattuun lämpöydinfuusioon. Tämän tyyppisissä ensimmäisissä tehoreaktoreissa sen oletetaan suorittavan reaktio D + T → 4 He + n + 17,6 MeV .
Joissakin maissa (esimerkiksi Australiassa) raskaan veden kaupallinen kierto on asetettu valtion rajoituksille, mikä liittyy teoreettiseen mahdollisuuteen käyttää sitä "luvaton" luonnonuraanireaktorien luomiseen, jotka soveltuvat aselaatuisen plutoniumin tuottamiseen.
Muuntyyppinen raskas vesi
puoliraskasta vettä
Siellä on myös puoliraskasta vettä (tunnetaan myös nimellä deuteriumvesi, monodeuteriumvesi, deuteriumhydroksidi), jossa vain yksi vetyatomi on korvattu deuteriumilla. Tällaisen veden kaava on kirjoitettu seuraavasti: DHO tai ²HHO. On huomattava, että vesi, jonka muodollinen koostumus on DHO, koostuu isotooppivaihtoreaktioista johtuen itse asiassa DHO-, D20- ja H20-molekyylien seoksesta (suhteessa noin 2:1:1). Tämä huomautus koskee myös THO:ta ja TDO:ta.
Super raskas vesi
Superraskas vesi sisältää tritiumia, jonka puoliintumisaika on yli 12 vuotta. Ominaisuuksiensa mukaan superraskas vesi ( T2O) eroaa tavallisuudesta vielä selvemmin: se kiehuu 104 °C:ssa, jäätyy +9 °C:ssa ja sen tiheys on 1,21 g/cm³. Kaikki yhdeksän superraskaan veden muunnelmaa tunnetaan (eli saatu enemmän tai vähemmän puhtaiden makroskooppisten näytteiden muodossa): THO, TDO ja T 2 O jokaisella kolmesta stabiilista happi-isotoopista (16 O, 17 O ja 18 O) . Joskus superraskasta vettä kutsutaan yksinkertaisesti raskaaksi vedeksi, ellei se aiheuta sekaannusta. Erittäin raskaalla vedellä on korkea radiotoksisuus.
Veden raskaat happi-isotooppimuunnokset
Termi raskasta vettä käytetään myös suhteessa raskaaseen happiveteen, jossa tavallinen kevyt happi 16 O on korvattu jollakin raskaasta stabiilista isotoopista 17 O tai 18 O. Raskaat hapen isotoopit esiintyvät luonnollisessa seoksessa, joten luonnonvedessä on aina molempien raskaiden happimuunnosten seos. Niiden fysikaaliset ominaisuudet eroavat myös jonkin verran tavallisen veden ominaisuuksista; joten 1 H 2 18 O:n jäätymispiste on +0,28 °C.
Raskasta happivettä, erityisesti 1 H 2 18 O, käytetään onkologisten sairauksien diagnosoinnissa (siklotronista saadaan fluori-18-isotooppi, josta syntetisoidaan lääkkeitä syöpäsairauksien diagnosointiin, erityisesti 18-fdg).
Veden isotooppimuunnelmien kokonaismäärä
Jos laskemme kaikki mahdolliset ei-radioaktiivinen yhdisteitä, joilla on yleinen kaava H 2 O, niin veden mahdollisten isotooppimuunnosten kokonaismäärä on vain yhdeksän (koska vedyn stabiileja isotooppeja on kaksi ja hapen kolme).
Monet ihmiset ihmettelevät, mikä tarkalleen ottaen on kevyempää ympäristössä: vesi vai jää? Loppujen lopuksi jää on jäätynyttä vettä, ja jos katsot eri näkökulmasta, neste on sulanut jäämassa. Kaikki maailmassamme voidaan kääntää ylösalaisin ja esittää niin, että mikä tahansa prosessi kulkee molempiin suuntiin. Mutta jatkamalla keskustelua painovoimasta ja siten tiheydestä, on huomattava, että se on monessa suhteessa pienen painonsa velkaa tavalliselle ilmalle.
Jään salaisuudet
Ei tarvitse arvailla: syy on pienissä onteloissa, joita syntyy veden jäätyessä. Nämä ontelot täytetään tavallisella ilmalla, mikä antaa jäälle vähemmän painoa. Erittäin hyödyllinen ilmiö, mutta ei vain tästä syystä, jääkerrokset ovat kevyempiä. Ei niin kauan sitten puhuimme siitä, että suurin veden tiheys normaaleissa olosuhteissa saavutetaan 4 celsiusasteen lämpötilassa. Tämä tarkoittaa, että veden nollalämpötila antaa pienemmän tiheyden eli suuremman tilavuuden. Tästä syystä (koska jäätä ei voi muodostua nollaa korkeammissa lämpötiloissa) jääpalat kelluvat.
Kaikki kiinnostava on yksinkertaista
Kuinka voit kertoa enemmän tästä mielenkiintoisesta ilmiöstä? Kuvittele siis prosessi, joka tapahtuu vedessä. Tätä prosessia kutsutaan konvektioksi: energian vaihto filamenttien kautta. Jopa seisovassa vedessä on virtoja ja noroja, niistä ei pääse pakoon, eivätkä edes nykyajan tiedemiehet ole vielä kyenneet selvittämään, mikä on veden liikkeen luonteen takana. Siksi energioiden vaihto etenee jatkuvasti. Jos tapahtuu energianvaihtoa, myös lämpötila muuttuu. Kun tähän lisätään tiheyden muutos, saadaan, että vesi, jonka tiheys on suurempi, laskeutuu pohjaan. Mutta hän ei voi jäätyä, koska hän on liian lämmin siihen.
Siten vähemmän tiheä, eli jo ylittänyt +4 asteen pisteen ja lähestyy nollaa, siirtyy eteenpäin vapaalle istuimelle. Tällä vedellä on kaikki mahdollisuudet jäätyä. Joten tärkeimmät ominaisuudet osoittavat ja todistavat, että vesi on tiheämpää ja raskaampaa ja jää on kevyempää. Ensinnäkin tämä on ilmakuplien tai jonkinlaisen kaasun läsnäolo (sekä ilma että yksittäinen kaasu voivat jäätyä). Toiseksi alhainen tiheys ja sen seurauksena suurempi tilavuus. Yhdessä tämä antaa vain hieman pienemmän tiheyden.
Ja jos jäämassat ovat kevyempiä kuin sama vesimäärä, niin ei paljon. Kuvittele vain kymmenen prosentin ero. Jääpalassa voi olla valtava määrä onteloita, mutta niiden kokonaistilavuus on hyvin pieni. Voidaan kuvitella, että jos jäävuori kelluu veden päällä, niin 90% jäävuoren kokonaismassasta on piilossa veden reunan alla. Uskomattomat tilavuudet ja painot, jotka joskus vaikuttavat yksinkertaisesti fantastisilta. Ja silti nämä esineet kelluvat.
Kun vedessä on suolaa
Kaikki tämä koskee makeaa vettä. Mitä sanoa suolaisesta? Hän on . Yleensä osoittavat jotain -3,2 - -3,5 astetta. Osoittautuu, että tässä tapauksessa, kun se kasvaa suolan vuoksi, ja jäämassat jäätyessä hylkäävät suolan osittain melkein molekyylitasolla, tiheyserosta tulee paljon merkittävämpi. Ja se ei ole enää kymmentä prosenttia, vaan saavuttaa melkein kaksikymmentä. Eli jos otat saman jäävuoren, 20% sen massasta on veden yläpuolella ja 80% veden alla.
Koska niin paljon riippuu veden koostumuksesta, ei aina ole mahdollista nopeasti ja objektiivisesti sanoa kuinka paljon kevyempi jäätilavuus on. Mutta jopa ilman perusteellista tutkimusta voimme turvallisesti sanoa, että kosteus on aina raskaampaa, muuten vedenalaisia jäävuoria törmäisi arktisella alueella nykyään usein.
Litra on nestemäisten aineiden tilavuusyksikkö. Myös riittävän hienojakeisen bulkkikiintoaineen mittaus on sallittua litroina. Muille kiintoaineille käytetään kuutiometrin (desimetri, senttimetri) käsitettä. Litra termin ja käsitteen määritelmän muotoili paino- ja mittakonferenssi vuonna 1901. Määritelmä on seuraava: 1 litra on yhden kilogramman puhdasta makeaa vettä, jonka ilmanpaine on 760 mm Hg ja lämpötila +3,98 °C. Tässä lämpötilassa vesi saavuttaa suurimman tiheyden.
Höyry, vesi ja jää ovat saman aineen tiloja, joiden molekyylissä on kaksi vetyatomia ja yksi happiatomi. Ero nestemäisen ja kiinteän veden välillä piilee molekyylien välisten rakenteiden ominaisuuksissa. Veden tiheys nesteessä on suurempi kuin kiinteässä aineessa.
Lämpötilarajan +3,98°C ylitettyään veden tiheys alkaa jälleen laskea ja +8°C:ssa saavuttaa taas samat arvot kuin nollassa.
Mikä on vaikeampaa?
Jos esimerkiksi vettä kaadetaan astiaan, sen tilavuus on yhtä litraa. Jos jäädytät tämän veden, samalla 1 kg:n massalla jäätyvä vesi vie enemmän tilaa astiassa. Suljettu alus, jonka tilavuus on rajoitettu 1 neliömetriin. dm (1 litra), jää murtuu. Osoittautuu, että samalla nestemassalla ja jäätyneellä vedellä jäällä on suurempi tilavuus, mikä rikkoo alkuperäistä tilaa.
Jos lähdemme aluksi tilavuuksien yhtäläisyydestä ja rajoitamme jäätyneen veden - jääpalan - kuution kokoon, jonka sivu on 1 dm (1 l), niin sen massa tulee pienemmäksi kuin alkuperäinen kilogramma. Miten se voisi olla toisin, jos leikkaat ja poistat jäätä ja sovitat kuution tiettyyn tilavuuteen. Siksi litran tilavuudessa oleva vesi on raskaampaa kuin saman tilavuuden jää.
Jos pakastat litran 1000 ml:lla vettä (1 litra), siitä valuu noin 80 ml vettä kovettumisen aikana. Ja 1 litran jäätä varten riittää 920 ml:n veden jäädyttäminen.
Jäädyttää ja palauttaa
Nykyään puhdasta luonnonvettä on yhä vaikeampi löytää. Erityisesti kaupungin olosuhteissa, joissa se suodatetaan, kloorataan ja alistetaan muunlaiselle fysikaaliselle ja kemialliselle käsittelylle ennen huoneistoon tuloa. Puhdasta vettä on pulaa, arteesisista kaivoista tuotetun veden hinta nousee. Vesi kuitenkin palauttaa alkuperäisen rakenteensa ja energiansa jäätymisen jälkeen - se puhdistetaan. Siksi: juo sulatettua vettä! Ei ihme, että kaikki kasvit reagoivat siihen niin hyvin keväällä ja eläimet juovat mielellään.
Jään hämmästyttävä kyky kellua ja kellua veden pinnalla selittyy vain perusfysikaalisilla ominaisuuksilla, joita tutkitaan lukion ja lukion aikana. Varmasti tiedetään, että aineilla on taipumus laajentua kuumennettaessa, kuten lämpömittarissa oleva elohopea, ja myös vesi jäätyy ja lisää tilavuutta lämpötilan laskiessa muodostaen jääkuoren altaiden pinnalle.
Jäätyneen veden määrän kasvu on usein julma vitsi niille, jotka unohtavat nestesäiliöt kylmään. Vesi kirjaimellisesti rikkoo säiliön.
Mielipide siitä, että äskettäin muodostuneeseen jääkerrokseen ilmaantuu mikroskooppisia ilmalla täytettyjä huokosia, ei ole virheellinen, mutta se ei pysty kunnolla selittämään nousun tosiasiaa. Muinaisen kreikkalaisen tiedemiehen, jota myöhemmin kutsutaan Arkhimedesin laiksi, johdamien ja muotoilemien periaatteiden mukaisesti nesteeseen upotetut kappaleet työnnetään ulos siitä voimalla, joka on yhtä suuri kuin tämän kappaleen syrjäyttämän nesteen painoominaisuudet. .
veden fysiikka
Tiedetään varmasti, että jää on noin kymmenesosan vettä kevyempää, minkä vuoksi jättimäiset jäävuoret ovat upotettuina valtamereen noin yhdeksän kymmenesosan kokonaistilavuudestaan ja ovat näkyvissä vain pienen osan. Nämä painot selittyvät kidehilan ominaisuuksilla, sillä, kuten tiedetään, ei ole järjestettyä rakennetta vedessä ja jolle on ominaista jatkuva liike ja molekyylien törmäys. Tämä selittää veden korkeamman tiheyden verrattuna jään, jonka molekyyleillä alhaisten lämpötilojen vaikutuksesta on alhainen liikkuvuus ja pieni energiakomponentti ja vastaavasti pienempi tiheys.
Tiedetään myös, että veden maksimitiheys ja -paino on 4 °C:n lämpötilassa, lisävähennys johtaa laajenemiseen ja tiheysindeksin laskuun, mikä selittää jään ominaisuudet. Siksi altaissa raskas neljän asteen vesi vajoaa pohjaan, jolloin viileämpi vesi pääsee nousemaan ja muuttumaan uppoamattomaksi jääksi.
Jäällä on erityisiä ominaisuuksia, esimerkiksi se kestää vieraita elementtejä, sillä on alhainen reaktiivisuus, se erottuu vetyatomien liikkuvuudesta ja siksi sillä on alhainen myötöraja.
On selvää, että tämä ominaisuus on olennainen elämän säilymiselle maapallolla, koska jos jää kykenisi vajoamaan vesipatsaan alle, ajan myötä, lämpötilan laskun jälkeen, kaikki maapallon vesistöt voisivat täyttyä kerroksilla. muodostuu jatkuvasti jään pinnalle, mikä johtaisi luonnonkatastrofiin ja vesistöjen kasviston ja eläimistön täydelliseen häviämiseen itse päiväntasaajalta vastakkaisille navoille.
ja miten se eroaa helposta.
Monet ovat kuulleet jonkinlaisen "raskasveden" olemassaolosta, mutta harvat tietävät, miksi sitä kutsutaan raskaaksi ja missä tämä upea aine yleensä sijaitsee. Tämän materiaalin tarkoituksena on selventää tilannetta ja Samalla tavalla selitä ettei mitään vaarallinen ja upea raskaassa vedessä Ei , ja että sitä on pieniä määriä lähes kaikissa tavallisissa vesissä, mukaan lukien ne, joita juomme päivittäin.
"Raskas vesi" on todella raskasta verrattuna tavalliseen veteen. Ei paljon, noin kymmenesosa painosta, mutta tarpeeksi muuttamaan tämän veden ominaisuuksia. Ja sen "painovoima" on siinä, että "kevyen vedyn" tai protiumin, 1H:n sijaan, tämän veden molekyylit sisältävät raskaan isotoopin vety 2H eli deuterium (D), jonka ytimessä on protonin lisäksi vielä yksi neutroni. Kemian näkökulmasta raskaan veden kaava on sama kuin yksinkertaisen, H2O, mutta fyysikot ovat tehneet säätöjä, ja siksi on tapana kirjoittaa kaava muodossa - D2O tai 2H2O. Raskaasta vedestä on toinenkin versio, tai sitä kutsutaan myös "superraskaaksi" vedeksi - T2O on tritiumoksidi, vedyn isotooppi.kaksi neutronia ytimessä (ja nukleonia on yhteensä kolme, joten "tritium"). Mutta kolme t ii on radioaktiivinen ja sotilaallinen käyttää se vetypommien raaka-aineena(ja vastaavasti salaisuus kaikki siihen liittyvä - varmuuden vuoksi), joten emme puhu superraskasta vedestä tässä materiaalissa.
Miksi raskas vesi on niin arvokasta, että sitä ei vain eristetä yksinkertaisesta vedestä (ja tämä, uskokaa minua, on kokonaisuus), vaan myös sitä käytetään kuten kirjoitettua säkkiä?
Ja koko pointti on lisäneutroneissa, jotka ovat liittyneet protiumin ytimiin. Jos harkita ei vesimolekyyli kokonaisuudessaan, vaan vetyatomit erikseen , käy ilmi, että niistä on tullut kaksi kertaa raskaampia! Ei kymmenesosa, vaan kaksi! eli " lihavampia" heistä tuli, tälykkäämpi. Ja koska he ovat lihavampia, kuten kaikki lihavat ihmiset, he eivät halua liikkua paljon. Ne ovat "laiskoja", eivät kovin aktiivisia verrattuna protiumiin ja juuri tämä ne selittävät kaikki kevyen ja raskaan veden ominaisuuksien erot.
Aloitetaan luettelolla näistä ominaisuuksista.
Raskasta vettä sillä ei ole hajua tai väriä;tällä parametrillakevyttä ja raskasta vettä ei erota.
Sen sulamispiste on korkeampi, raskasvesijää alkaa muodostua jo 3,813 °C:n lämpötilassa
kiehuu se on korkeammassa lämpötilassa - 101,43 °C
Raskaan veden viskositeetti on 20 % korkeampi kuin tavallisen viskositeetti
Tiheys - 1, 1042 g/cm3 25°C:ssa, mikä ei myöskään ole paljon, mutta korkeampi kuin tavallisen veden tiheys.
Eli ne voidaan erottaa jopa primitiivisellä, jokapäiväisellä tasolla. Mutta raskaalla vedellä on myös ominaisuuksia, joita on vaikea määritellä "kotona keittiössä". Esimerkiksi:
Raskas vesi, toisin kuin kevyt vesi, absorboi neutroneja erittäin huonosti. Ja siksi se on ihanteellinen hidastin ydinreaktioihin hitaissa, "termisissä" neutroneissa.
Sillä on muitakin erityisiä ominaisuuksia, mutta ne ylittävät filistealaisen käsityksen ja kiinnostavat pääasiassa kapeita asiantuntijoita., joten emme myöskään puhu niistä.
No, missä se sijaitsee, tämä "raskas vesi"? Missä tämä arvokkaan sisällön maaginen lähde on? Arvokasta, sillä kilo raskasta vettä maksaa yli tuhat euroa.
Mutta sellaista ei ole, maaginen lähde! Se sijaitsee… Kaikkialla.
Raskaiden ja tavallisten vesimolekyylien suhde luonnossa on keskimäärin 1:5500. Tämä arvo on kuitenkin "sairaalan keskiarvo"; merivedessä raskaiden isotooppien pitoisuus on korkeampi, joki- ja sadevedessä huomattavasti pienempi. (1:3000-3500 vs. 1:7000-7500). Myös pitoisuuksissa on voimakasta vaihtelua alueesta ja paikkakunnasta riippuen. On myös erillisiä lähteitä (erillisiä alueita), joissa raskaan veden pitoisuus laskee asteikosta ja on verrattavissa tavallisen veden pitoisuuteen. protium , mutta nämä ovat poikkeustapauksia.
Toisaalta raskaan veden runsaus on siunaus. Se löytyy kirjaimellisesti kaikkialta, mistä tahansa lasista. Toisaalta alhainen pitoisuus ei osallistu eristämällä se puhtaassa muodossaan erikseen protium . Tästä syystä sen hankkiminen on korkea.
Mielenkiintoista mutta totta: raskaan veden löytäneet tutkijat pitivät sitä tieteellisenä tapahtumana, jotain merkityksetöntä, sivua ja viihdyttävää. Hei nähnyt sen soveltamisessa suuria mahdollisuuksia(toisin sanoen, olkaamme objektiivisia, tällainen tilanne tieteellisten löytöjen kanssa jokaisessa vaiheessa). Ja vasta jonkin aikaa myöhemmin täysin erilaiset tutkijat havaitsivat sen tieteellisen ja teollisen potentiaalin.
"Raskasta vettä" käytetään:
Ydinteknologioissa;
Ydinreaktoreissa, neutronien hidastamiseen ja jäähdytysaineena;
Isotooppimerkkiaineena kemiassa, fysiikassa, biologiassa ja hydrologiassa;
Joidenkin alkuainehiukkasten ilmaisimena;
On melko todennäköistä, että sisäänennakoitavissa oleva tulevaisuusraskas vesi tulee loputon energianlähde tutkijat harkitsevat vakavasti, kuinka käyttää deuterium ja polttoaineeksikontrolloitu lämpöydinfuusio.Mutta tämä on silti fantasiamaailmasta, vaikka menestys onkin annettu kentät ovat kiistattomia.
Kemistit ovat kiinnostuneita raskaasta vedestä, koskasiitä saatu deuterium on helppo määrittää yksinkertaisilla laboratoriomenetelmillä. Ja jos syntetisoit annetut aineet sen avulla korvaamalla protiumin kokonaan deuteriumilla ja yhdistät ne muihin, "normaaleihin" aineisiin, voit seurata mikä vetyatomireaktion aikanatuli tuon molekyylin koostumukseen, ja mikä - toinen. Eli deuteriumin avulla kemistit "merkitsivät" molekyylejä ja näkevät, kuinka tietyn reaktion mekanismi etenee. Ja uskokaa minua, tätä menetelmää kannattaa kutsua vallankumoukselliseksi - kerran se käänsi monien teoreetikkojen tiedon, jotka tiesivät "kuinka sen pitäisi olla", ja pakotti heidät tarkistamaan luonnonlakeja uudestaan ja uudestaan, löytämään uusia ja uusia syy-yhteyttä.tutkivia linkkejärakentaa uusia hypoteeseja ja teorioita, jotka tietysti edistyivät suuresti kemiaa tieteenä.
Se on mielenkiintoisempaa yksinkertaiselle maallikolle kaukana teoreettisesta kemiasta, mutta kuinka raskas vesi vaikuttaa ihmiseen ja yleensä biologisiin järjestelmiin sellaisenaan? Ja tämä on erittäin oikea intressi. Raskas vesi eläville organismeille on MYRKYLÄ!
Raskas vesi, toisin kuin lievä, alentaa elinvoimaa prosesseja kaikilla tasoilla. Biologit kutsuvat sitä "kuolleeksi vedeksi" . Hänen läsnäollessaankemialliset reaktiot hidastuvatbiologisia prosesseja… TO ainakin hidastaa. Mukaan lukien esimerkiksi mikrobien ja bakteerien lisääntyminen hidastuu ja pysähtyy.
Nisäkkäillä tehdyt kokeet ovat osoittaneet, että 25 % vedyn korvaaminen kudoksissa deuteriumilla johtaa steriiliyteen, korkeammat pitoisuudet johtavat eläimen nopeaan kuolemaan. H jotkut mikro-organismit pystyvät elämään 70 % raskaassa vedessä) (alkueläimet) ja jopa puhtaassa raskaassa vedessä (bakteerit), mutta nämä ovat poikkeuksia. Henkilö voi juoda lasillisen raskasta vettä ilman näkyvää haittaa terveydelle, kaikki deuterium poistuu kehosta muutamassa päivässä, mutta jatkuvalla pitkäkestoisella altistuksella alkaa veden korvaaminen kudoksissa, minkä jälkeen ilmenee negatiivisia seurauksia.
Kokeena tutkijat yrittivät juoda raskasta vettä hiiriä, joilla oli pahanlaatuisia kasvaimia. Muista tarina elävästi th ja kuollut vesi, missä kuolleet parantavat haavat? Ja he onnistuivat - vesi osoittautui todella kuolleeksi, kasvaimet tuhoutuivat! Totta, hiirten kanssa. Myös raskasta vettäut negatiivisesti kasvit. Kokeellisille koirille, rotille ja hiirille annettiin vettä, josta kolmasosa korvattiin raskaalla vedellä., h lyhyen ajan kuluttuaheillä onalkoi aineenvaihduntahäiriö, munuaisten vajaatoiminta. Raskaan veden osuuden kasvaessa eläimet kuolivat.
Mutta kolikolla on myös toinen puoli: päinvastoin, vähennä 25 % normaalia pienempi deuteriumpitoisuus eläimille annetussa vedessä vaikutti suotuisasti niiden kehitykseen: siat, rotat ja hiiret synnyttivät jälkeläisiä moninkertaisesti tavallista enemmän ja suurempia. munantuotanto kanat ovat kaksinkertaistuneet.Eli "kuolleen veden" lisäksi tutkijat löysivät "elävän" veden, ja lasten sadusta tuli todellisuutta.
Kuinka välttää kosketusta "kuolleen" veden kanssa ja lisätä "elävän" käyttöä? Luultavasti ei. Se ja se tulee teollisessa mittakaavassa ja maksavat hulluja rahaa. Kuitenkin jokapäiväisessä elämässä, vaikka emme ole vahvoja, voimme vaikuttaa käyttämämme veden laatuun, esimerkiksi sadevesi sisältää huomattavasti enemmän raskasta vettä kuin lunta. Joten "mystisessä »kokeet sulavedellä ja sen vaikutus kehoon ei ole niin mystistä. Myös raskaan veden pitoisuusmereen, ja kääntese vain kerääntyy, mikä tulee ottaa huomioon suolanpoistolaitoksia suunniteltaessa. On tapauksia, joissa kokonaiset alueet ovat joutuneet tämän tosiasian tietämättömyyden uhreiksi. Näillä alueilla asuvat ihmiset käyttivät säännöllisesti suolatonta merivettä, jossa oli korkea deuteriumpitoisuus, minkä seurauksena monet asukkaat sairastuivat vakaviin sairauksiin.
kuitenkin luonnossa ei ole mitään ylimääräistä,Ja älä ole liian ankara raskaalla vedellä., leimaamalla häntä myrkkyllä tai kutsumalla häntä "hyödyttömäksi". Hän on vaatii meiltä erityistä riittävää asennetta, huomiota jaJatko-opinnot, ja sillä ei ole suurta merkitystä. suuresta joukostaaineet jotka vaativat enemmän huomiota. Kemia on tiedettä, joten sinun on lähestyttävä asiaa kaikilla kykyjensä arsenaalilla.
M. ADZHIEV
Raskas vesi on erittäin kallista ja niukkaa. Jos kuitenkin on mahdollista löytää halpa ja käytännöllinen tapa hankkia se, tämän harvinaisen resurssin laajuus laajenee huomattavasti. Uusia sivuja voidaan avata kemiassa, biologiassa, ja nämä ovat uusia materiaaleja, tuntemattomia yhdisteitä ja ehkä odottamattomia elämänmuotoja.
Riisi. yksi.
Vesimolekyylit ovat tiukasti sidoksissa toisiinsa ja muodostavat vakaan molekyylirakenteen, joka vastustaa kaikkia ulkoisia, erityisesti lämpövaikutuksia. (Tästä syystä veden muuttaminen höyryksi vaatii paljon lämpöä.) Veden molekyylirakennetta pitää koossa erityisten kvanttimekaanisten sidosten kehys, jonka kaksi amerikkalaista kemistiä Latimer ja Rodebush nimesivät vuonna 1920 vetysidoksiksi. Kaikki veden poikkeavat ominaisuudet, mukaan lukien epätavallinen jäätymiskäyttäytyminen, selitetään vetysidosten käsitteellä.
Luonnossa vettä on useita erilaisia. Tavallinen tai protium (H 2 O). Raskas tai deuterium (D 2 O). Superraskas tai tritium (T 2 O), mutta se on lähes poissa luonnosta. Vesi eroaa myös hapen isotooppisesta koostumuksesta. Kaikkiaan sen isotooppisia lajikkeita on vähintään 18.
Jos avaamme vesihanan ja täytämme vedenkeittimen, ei ole homogeenista vettä, vaan sen seosta. Samaan aikaan deuteriumin "sulkeutumia" on hyvin vähän - noin 150 grammaa per tonni. Osoittautuu, että raskasta vettä on kaikkialla - jokaisessa pisarassa! Ongelmana on, miten se otetaan. Nykyään sen louhintaan liittyy kaikkialla maailmassa valtavia energiakustannuksia ja erittäin monimutkaisia laitteita.
On kuitenkin oletettu, että tällaiset luonnolliset tilanteet ovat mahdollisia maapallolla, kun raskas ja tavallinen vesi eroavat toisistaan jonkin aikaa - D 2 O hajaantuneesta, "liuenneesta" tilasta siirtyy väkeväksi. Joten, ehkä siellä on raskaan veden kerrostumia? Toistaiseksi yksiselitteistä vastausta ei ole: kukaan tutkijoista ei ole käsitellyt tätä asiaa aiemmin.
Ja samalla tiedetään, että D 2 O:n fysikaalis-kemialliset ominaisuudet ovat täysin erilaiset kuin H 2 0:n, sen jatkuvan kumppanin. Raskaan veden kiehumispiste on siis +101,4°C ja se jäätyy +3,81°C:ssa. Sen tiheys on 10 prosenttia suurempi kuin tavallisen.
On myös huomattava, että raskaan veden alkuperä on ilmeisesti puhtaasti maanpäällinen - avaruudesta ei ole löydetty jälkiä. Deuterium muodostuu protiumista johtuen neutronin vangitsemisesta kosmisesta säteilystä. Valtameret, jäätiköt, ilmakehän kosteus - nämä ovat raskaan veden luonnollisia "tehtaita".
Riisi. 2. Tavallisen ja raskaan veden tiheyden riippuvuus lämpötilasta. Yhden ja toisen vesilajikkeen tiheysero on yli 10%, ja siksi olosuhteet ovat mahdollisia, kun siirtyminen kiinteään tilaan jäähtyessään tapahtuu ensin raskaassa vedessä ja sitten tavallisessa vedessä. Joka tapauksessa fysiikka ei kiellä sellaisten kiinteän faasin alueiden esiintymistä, joissa on korkea deuteriumpitoisuus. Tämä "raskas" jää kaaviossa vastaa varjostettua aluetta. Jos vesi olisi "normaali" pikemminkin kuin epänormaali neste, tiheyden riippuvuus lämpötilasta olisi pisteviivalla esitetty muoto.
Joten koska D 2 O:n ja H 2 O:n välillä on havaittava ero tiheydessä, niin tiheys ja aggregaatiotila voivat toimia herkimpänä kriteerinä mahdollisten raskasvesikerrostumien etsimisessä - loppujen lopuksi nämä kriteerit liittyvät ympäristön lämpötilaan. Ja kuten tiedätte, ympäristö on eniten "kontrasti" planeetan korkeilla leveysasteilla.
Mutta tähän mennessä on muodostunut mielipide, että korkeiden leveysasteiden vedet ovat deuteriumittomia. Syynä tähän olivat Kanadan Suuresta Karhujärvestä ja muista pohjoisista altaista saatujen vesi- ja jäänäytteiden tutkimustulokset. Myös deuteriumpitoisuudessa oli vaihtelua vuodenaikojen mukaan - esimerkiksi talvella Columbia-joessa se on vähemmän kuin kesällä. Nämä poikkeamat normista liittyivät sateen jakautumisen erityispiirteisiin, jotka, kuten yleisesti oletetaan, "kuljettavat" deuteriumia ympäri planeettaa.
Näyttää siltä, että kukaan tutkijoista ei heti huomannut tämän lausunnon piilotettua ristiriitaa. Kyllä, sateet vaikuttavat deuteriumin jakautumiseen planeetan vesistöissä, mutta ne eivät vaikuta globaaliin deuteriumin muodostumisprosessiin!
Syksyn tullessa pohjoiseen alkaa joissain vesimassan nopea jäähtyminen, joka kiihtyy ikiroudan vaikutuksesta, samalla kun syntyy H 2 O -molekyylien assosiaatio.Lopuksi tulee maksimitiheyden kriittinen hetki. - veden lämpötila on kaikkialla hieman alle + 4 ° С. Ja sitten lähellä pohjavyöhykettä joillakin alueilla irtonainen vedenalainen jää jäätyy voimakkaasti.
Toisin kuin tavallisella jäällä, sillä ei ole säännöllistä kidehilaa, sillä on erilainen rakenne. Sen kiteytymiskeskukset ovat erilaisia: kivet, naarmut ja erilaiset epäsäännöllisyydet, eivätkä välttämättä makaa pohjalla ja liittyvät jäätyneeseen maahan. Syvillä joilla ilmaantuu löysää jäätä tyynellä - laminaarisella - virtauksella.
Vedenalainen jään muodostuminen päättyy yleensä pintaan kelluviin jäälautoihin, vaikka muuta jäätä ei tällä hetkellä olekaan. Vedenalaista jäätä ilmestyy joskus kesällä. Herää kysymys: mikä on tämä "vesi vedessä", joka muuttaa aggregaatiotilaansa, kun joen vakiintunut lämpötila on liian korkea, jotta tavallinen H 2 O muuttuisi jääksi, niin että fyysikot sanovat, että tapahtuu faasimuutos?
Voidaan olettaa, että irtonainen jää edustaa raskaan veden rikastuneita pitoisuuksia. Muuten, jos näin on, sinun on muistettava, että raskasta vettä ei voi erottaa tavallisesta vedestä, mutta sen kulutus kehon sisällä voi aiheuttaa vakavan myrkytyksen. Muuten, paikalliset korkeiden leveysasteiden asukkaat eivät käytä jokijäätä ruoanlaittoon - vain järvijäätä tai lunta.
D2O-faasisiirtymän "mekanismi" joessa on hyvin samanlainen kuin kemistien niin sanotuissa kiteytyspylväissä käyttämä mekanismi. Vain pohjoisessa joessa "pylväs" ulottuu satoja kilometrejä, eikä sen lämpötila ole niin kontrastinen.
Jos pidetään mielessä, että kiteytyskeskusten läpi kulkee lyhyessä ajassa satoja ja tuhansia kuutiometrejä vettä, josta se muuttuu jääksi - jäätyy - jopa tuhannesosa prosenttia, niin tämä riittää puhumaan raskaan veden kyky keskittyä, jolloin muodostuu kerrostumia.
Vain tällaisten pitoisuuksien esiintyminen voi selittää todistetun tosiasian, että talvella deuteriumin prosenttiosuus pohjoisissa vesistöissä laskee huomattavasti. Kyllä, ja napavedet ovat, kuten näytteet osoittavat, myös deuteriumiltaan köyhiä, ja arktisella alueella on todennäköistä, että on alueita, joissa kelluu vain deuteriumilla rikastettuja jäätiköitä, koska löysä pohjajää ilmestyy ensin ja sulaa viimeisenä.
Lisäksi tutkimukset ovat osoittaneet, että jäätiköt ja jää korkeilla leveysasteilla sisältävät yleensä enemmän raskaita isotooppeja kuin jäätä ympäröivät vedet. Esimerkiksi Etelä-Grönlannissa, Dai-3-aseman alueella, jäätiköiden pinnalla on havaittu isotooppipoikkeavuuksia, eikä tällaisten poikkeavuuksien alkuperää ole vielä selitetty. Tämä tarkoittaa, että myös deuteriumilla rikastettuja jäälauttoja voi kohdata. Pointti, kuten sanotaan, on pieni - sinun on löydettävä nämä vielä hypoteettiset raskaan veden kerrostumat.
M. ADZHIEV, maantieteilijä.
Tietolähteet:
- L. Kulsky, V. Dahl, L. Lenchina. Vesi on tuttua ja salaperäistä.
- K .: "Radyanskin koulu", 1982. - Tiede ja elämä nro 10, 1988.
