100 mmHg Seni. pada 54°C
Air berat Istilah ini biasanya digunakan untuk menyebut air hidrogen berat, juga dikenal sebagai deuterium oksida. Air hidrogen berat memiliki rumus kimia yang sama dengan air biasa, tetapi alih-alih dua atom dari isotop ringan biasa hidrogen (protium), ia mengandung dua atom dari isotop hidrogen berat - deuterium, dan oksigennya dalam komposisi isotop sesuai dengan oksigen udara . Rumus air hidrogen berat biasanya ditulis sebagai D 2 O atau 2 H 2 O. Dari luar, air berat terlihat seperti biasa - cairan tidak berwarna tanpa rasa atau bau. Dia tidak radioaktif.
YouTube ensiklopedis
1 / 5
DAPAT DEUTER DAN MENCOBA AIR BERAT!
Sifat unik air. Kimia itu mudah.
Fusi nuklir dingin dalam segelas air. Pemanasan murah, produksi hidrogen berbiaya rendah.
Osmium - LOGAM TERberat DI BUMI!
Galileo. Air kering (bagian 1)
Subtitle
Sejarah penemuan
Molekul air hidrogen berat pertama kali ditemukan di air alami oleh Harold Urey pada tahun 1932, di mana ilmuwan dianugerahi Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1934. Dan sudah pada tahun 1933, Gilbert Lewis mengisolasi air hidrogen murni yang berat. Selama elektrolisis air biasa, yang mengandung, bersama dengan molekul air biasa, sejumlah kecil molekul air berat (D 2 O) dan semi-berat (HOD) yang dibentuk oleh isotop hidrogen berat, residu secara bertahap diperkaya dengan molekul dari senyawa ini. Dari residu seperti itu, setelah elektrolisis berulang, Lewis pada tahun 1933 untuk pertama kalinya berhasil mengisolasi sejumlah kecil air, yang terdiri hampir 100% dari molekul senyawa oksigen dengan deuterium dan disebut berat. Metode produksi air berat ini tetap menjadi yang utama saat ini, meskipun digunakan terutama pada tahap akhir pengayaan dari 5-10% hingga >99% (lihat di bawah).
Setelah penemuan fisi nuklir pada akhir tahun 1938 dan realisasi kemungkinan penggunaan reaksi fisi nuklir berantai yang diinduksi oleh neutron, muncul kebutuhan akan moderator neutron - suatu zat yang dapat memperlambat neutron secara efektif tanpa kehilangannya dalam reaksi penangkapan. Neutron paling efektif dimoderasi oleh inti ringan, dan inti hidrogen (protium) biasa seharusnya menjadi moderator yang paling efektif, tetapi mereka memiliki penampang tangkapan neutron yang tinggi. Sebaliknya, hidrogen berat menangkap sangat sedikit neutron (penangkap neutron termal untuk protium lebih dari 100 ribu kali lebih tinggi daripada deuterium). Secara teknis, senyawa deuterium yang paling nyaman adalah air berat, dan juga dapat berfungsi sebagai pendingin, menghilangkan panas yang dilepaskan dari area di mana reaksi berantai fisi terjadi. Dari hari-hari awal tenaga nuklir, air berat telah menjadi bahan penting dalam beberapa reaktor, baik pembangkit listrik dan yang dirancang untuk menghasilkan isotop plutonium untuk senjata nuklir. Reaktor air berat ini memiliki keuntungan karena dapat beroperasi pada uranium alami (tidak diperkaya) tanpa menggunakan moderator grafit, yang selama fase dekomisioning dapat menimbulkan bahaya ledakan debu dan mengandung radioaktivitas terinduksi (karbon-14 dan sejumlah radionuklida lainnya). Namun, sebagian besar reaktor modern menggunakan uranium yang diperkaya dengan "air ringan" normal sebagai moderator, meskipun kehilangan sebagian neutron yang dimoderasi.
Produksi air berat di Uni Soviet
Produksi industri dan penggunaan air berat dimulai dengan pengembangan energi nuklir. Di Uni Soviet, selama pengorganisasian Laboratorium No. 3 dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet (), manajer proyek A. I. Alikhanov ditugaskan untuk membuat reaktor air berat. Hal ini menyebabkan kebutuhan akan air berat, dan dewan teknis Komite Khusus di bawah Dewan Komisaris Rakyat Uni Soviet mengembangkan rancangan Keputusan Dewan Komisaris Rakyat Uni Soviet "Tentang pembangunan instalasi semi-industri untuk produksi produk 180", pekerjaan pada penciptaan instalasi air berat yang produktif dipercayakan kepada kepala proyek nuklir B. L. Vannikov, Komisaris Rakyat industri kimia M. G. Pervukhin, perwakilan Komisi Perencanaan Negara N. A. Borisov, Komisaris Rakyat untuk Pembangunan Uni Soviet S. Z. Ginzburg, Komisaris Rakyat Teknik Mesin dan Instrumentasi USSR P. I. Parshin dan Komisaris Rakyat Industri Minyak USSR N. K. Baibakov. M. O. Kornfeld, Kepala Sektor Laboratorium No. 2 Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet, menjadi kepala konsultan dalam masalah air berat.
Properti
Perbandingan sifat air biasa dan air berat
| Parameter | D2O | HDO | H2O |
|---|---|---|---|
| Titik leleh (°C) | 3,82 | 0,00 | |
| Titik didih (°C) | 101,42 | 100,7 | 100,00 |
| Massa jenis (g/cm³, pada 20 °C) | 1,1056 | 1,054 | 0,9982 |
| Suhu maksimum kepadatan (°C) |
11,6 | 4,0 | |
| Viskositas (centipoise, pada 20 °C) | 1,25 | 1,1248 | 1,005 |
| Tegangan permukaan (dyne cm, pada 25 °C) |
71,87 | 71,93 | 71,98 |
| Penurunan volume molar saat meleleh (cm³/mol) |
1,567 | 1,634 | |
| Panas peleburan molar (kkal/mol) | 1,515 | 1,436 | |
| Kalor penguapan molar (kkal/mol) | 10,864 | 10,757 | 10,515 |
| (pada 25 ° C) | 7,41 | 7,266 | 7,00 |
Berada di alam
Di perairan alami, satu atom deuterium menyumbang 6400 ... 7600 atom protium. Hampir semuanya dalam komposisi molekul DHO, satu molekul tersebut jatuh pada 3200 ... 3800 molekul air ringan. Hanya sebagian kecil dari atom deuterium yang membentuk molekul air berat D 2 O, karena kemungkinan dua atom deuterium untuk bertemu dalam satu molekul di alam adalah kecil (sekitar 0,5⋅10 7). Dengan peningkatan buatan dalam konsentrasi deuterium dalam air, kemungkinan ini meningkat.
Peran biologis dan dampak fisiologis
Air berat hanya sedikit beracun, reaksi kimia di lingkungannya agak lebih lambat dibandingkan dengan air biasa, ikatan hidrogen yang melibatkan deuterium agak lebih kuat dari biasanya. Eksperimen pada mamalia (tikus, tikus, anjing) menunjukkan bahwa penggantian 25% hidrogen dalam jaringan dengan deuterium menyebabkan kemandulan, terkadang tidak dapat diubah. Konsentrasi yang lebih tinggi menyebabkan kematian hewan yang cepat; dengan demikian, mamalia yang minum air berat selama seminggu mati ketika separuh air dalam tubuhnya dideuterasi; ikan dan invertebrata hanya mati dengan 90% deuterasi air di dalam tubuh. Yang paling sederhana mampu beradaptasi dengan larutan 70% air berat, dan ganggang dan bakteri dapat hidup bahkan di air berat murni. Seseorang dapat minum beberapa gelas air berat tanpa membahayakan kesehatan, semua deuterium akan dikeluarkan dari tubuh dalam beberapa hari.
Dengan demikian, air berat jauh lebih tidak beracun daripada, misalnya, garam meja. Air berat telah digunakan untuk mengobati hipertensi arteri pada manusia dengan dosis harian mulai dari 10 hingga 675 g D2O per hari.
Tubuh manusia mengandung deuterium sebagai pengotor alami sebanyak 5 gram air berat; deuterium ini terutama termasuk dalam molekul air semi-berat HDO, serta semua senyawa biologis lainnya yang mengandung hidrogen.
Beberapa informasi
Air berat terakumulasi di sisa elektrolit selama elektrolisis air berulang. Di udara terbuka, air berat dengan cepat menyerap uap air biasa, sehingga dapat dikatakan higroskopis. Produksi air berat sangat intensif energi, sehingga biayanya cukup tinggi. Pada tahun 1935, segera setelah ditemukannya air berat, harganya sekitar $19 per gram). Saat ini, air berat dengan kandungan deuterium 99 at.%, dijual oleh pemasok reagen kimia, berharga sekitar 1 euro per gram untuk 1 kg, tetapi harga ini mengacu pada produk dengan kualitas reagen kimia yang terkontrol dan terjamin; dengan persyaratan kualitas yang lebih rendah, harga bisa menjadi urutan besarnya lebih rendah.
Aplikasi
Sifat air hidrogen berat yang paling penting adalah praktis tidak menyerap neutron, oleh karena itu digunakan dalam reaktor nuklir untuk memoderasi neutron dan sebagai pendingin. Ini juga digunakan sebagai indikator isotop dalam kimia, biologi dan hidrologi, fisiologi, agrokimia, dll. (termasuk eksperimen dengan organisme hidup dan studi diagnostik manusia). Dalam fisika partikel, air berat digunakan untuk mendeteksi neutrino; Jadi, detektor neutrino surya terbesar SNO (Kanada) mengandung 1000 ton air berat.
Deuterium adalah bahan bakar nuklir untuk energi masa depan, berdasarkan fusi termonuklir terkendali. Dalam reaktor daya pertama jenis ini, seharusnya melakukan reaksi D + T → 4 He + n + 17,6 MeV .
Di beberapa negara (misalnya, di Australia), sirkulasi komersial air berat ditempatkan di bawah pembatasan negara, yang dikaitkan dengan kemungkinan teoretis menggunakannya untuk membuat reaktor uranium alam "tidak sah" yang cocok untuk memproduksi plutonium tingkat senjata.
Jenis air berat lainnya
air setengah berat
Ada juga air semi-berat (juga dikenal sebagai air deuterium, air monodeuterium, deuterium hidroksida), di mana hanya satu atom hidrogen yang digantikan oleh deuterium. Rumus untuk air tersebut ditulis sebagai berikut: DHO atau ²HHO. Perlu dicatat bahwa air yang memiliki komposisi formal DHO, karena reaksi pertukaran isotop, sebenarnya akan terdiri dari campuran molekul DHO, D2O dan H2O (dengan perbandingan kira-kira 2:1:1). Pernyataan ini juga berlaku untuk THO dan TDO.
Air super berat
Air superberat mengandung tritium, yang memiliki waktu paruh lebih dari 12 tahun. Menurut sifatnya, air superberat ( T2O) berbeda lebih nyata dari yang biasa: mendidih pada 104 °C, membeku pada +9 °C dan memiliki kerapatan 1,21 g/cm³. Diketahui (yaitu, diperoleh dalam bentuk sampel makroskopik yang kurang lebih murni) kesembilan varian air superberat: THO, TDO dan T 2 O dengan masing-masing dari tiga isotop oksigen stabil (16 O, 17 O dan 18 O) . Terkadang air superberat hanya disebut sebagai air berat, kecuali jika itu dapat menyebabkan kebingungan. Air superberat memiliki radiotoksisitas yang tinggi.
Modifikasi isotop oksigen berat air
Ketentuan air berat juga digunakan dalam kaitannya dengan air oksigen berat, di mana oksigen ringan biasa 16 O digantikan oleh salah satu isotop stabil berat 17 O atau 18 O. Isotop oksigen berat ada dalam campuran alami, oleh karena itu, dalam air alami ada selalu merupakan campuran dari kedua modifikasi oksigen berat. Sifat fisiknya juga agak berbeda dari air biasa; jadi, titik beku 1 H 2 18 O adalah +0,28°C.
Air oksigen berat, khususnya, 1 H 2 18 O, digunakan dalam diagnosis penyakit onkologis (isotop fluor-18 diperoleh darinya di siklotron, yang digunakan untuk mensintesis obat untuk diagnosis penyakit onkologis, khususnya 18-fdg).
Jumlah total modifikasi isotop air
Jika kita menghitung semua mungkin non-radioaktif senyawa dengan rumus umum H 2 O, maka jumlah kemungkinan modifikasi isotop air hanya sembilan (karena ada dua isotop stabil hidrogen dan tiga oksigen).
Banyak orang bertanya-tanya apa sebenarnya yang lebih ringan di lingkungan: air atau es? Bagaimanapun, es adalah air beku, dan jika Anda melihat dari sudut pandang yang berbeda, maka cairan adalah massa es yang meleleh. Segala sesuatu di dunia kita dapat dibalik dan disajikan sedemikian rupa sehingga setiap proses berjalan dua arah. Tetapi, melanjutkan percakapan tentang gravitasi dan, akibatnya, kepadatan, perlu dicatat bahwa dalam banyak hal ia berutang bobotnya yang kecil pada udara biasa.
Rahasia Es
Tidak perlu menebak: alasannya terletak pada rongga kecil yang terjadi saat air membeku. Rongga-rongga ini diisi dengan udara biasa dan ini membuat es lebih ringan. Fenomena yang sangat berguna, tetapi tidak hanya karena alasan ini, lapisan es lebih ringan. Belum lama ini kita berbicara tentang fakta bahwa kepadatan tertinggi air dalam kondisi normal dicapai pada suhu 4 derajat Celcius. Ini berarti bahwa suhu nol air memberikan kepadatan yang lebih rendah, yaitu volume yang lebih besar. Karena alasan inilah (karena es tidak dapat terbentuk pada suhu lebih besar dari 0) kepingan es mengapung.
Segala sesuatu yang menarik itu sederhana
Bagaimana Anda bisa bercerita lebih banyak tentang fenomena menarik ini? Jadi, bayangkan sebuah proses yang terjadi di dalam air. Proses ini disebut konveksi: pertukaran energi melalui filamen. Ada arus dan tetesan bahkan di air yang tergenang, Anda tidak dapat menghindarinya, dan bahkan ilmuwan modern belum dapat mengetahui apa sebenarnya yang ada di balik sifat pergerakan air. Oleh karena itu, pertukaran energi berlangsung terus-menerus. Jika terjadi pertukaran energi, maka suhu juga berubah. Dengan menambahkan perubahan densitas ini, kita mendapatkan bahwa air, yang memiliki densitas lebih tinggi, tenggelam ke dasar. Tapi dia tidak bisa membeku, karena dia terlalu hangat untuk itu.
Jadi, yang kurang padat, yaitu yang telah melewati titik +4 derajat dan mendekati nol, bergerak maju ke kursi kosong. Air ini memiliki setiap kesempatan untuk membeku. Jadi, karakteristik utama menunjukkan dan membuktikan bahwa air lebih padat dan lebih berat, dan es lebih ringan. Pertama-tama, ini adalah adanya gelembung udara atau semacam gas (bagaimanapun, udara dan satu gas dapat membeku). Kedua, kepadatan rendah dan, sebagai hasilnya, volume yang lebih besar. Bersama-sama, ini hanya memberikan kepadatan yang sedikit lebih rendah.
Dan jika massa es lebih ringan dari volume air yang sama, maka tidak banyak. Bayangkan perbedaannya hanya sepuluh persen. Sepotong es dapat memiliki banyak rongga, tetapi volume totalnya akan sangat kecil. Orang dapat membayangkan bahwa jika gunung es mengapung di atas air, maka 90% dari total massa gunung es tersembunyi di bawah tepi air. Volume dan bobot yang luar biasa, yang terkadang tampak fantastis. Namun benda-benda ini mengapung.
Ketika ada garam di dalam air
Semua ini berlaku untuk air tawar. Apa yang harus dikatakan tentang asin? Dia adalah . Biasanya menunjukkan sesuatu dari -3,2 hingga -3,5 derajat. Ternyata dalam kasus ini, ketika garam menjadi lebih besar, dan ketika membeku, sebagian massa es menolak garam hampir pada tingkat molekuler, maka perbedaan kepadatan menjadi jauh lebih signifikan. Dan itu tidak lagi sepuluh persen, tetapi mencapai hampir dua puluh. Artinya, jika Anda mengambil gunung es yang sama, maka 20% dari massanya akan berada di atas air, dan 80% akan berada di bawah air.
Karena begitu banyak tergantung pada komposisi air, tidak selalu mungkin untuk mengatakan dengan cepat dan objektif seberapa ringan volume es itu. Tetapi bahkan tanpa studi menyeluruh, kita dapat dengan aman mengatakan bahwa kelembaban selalu lebih berat, jika tidak, gunung es bawah air akan sering ditemukan di Kutub Utara hari ini.
Liter adalah satuan volume untuk zat cair. Juga diperbolehkan untuk mengukur padatan curah dengan fraksi yang cukup halus dalam liter. Untuk padatan lain, konsep meter kubik (decimeter, sentimeter) digunakan. Definisi istilah dan konsep liter dirumuskan oleh General Conference on Weights and Measures pada tahun 1901. Definisinya adalah sebagai berikut: 1 liter adalah volume satu kilogram air tawar murni pada tekanan atmosfer 760 mm Hg dan suhu +3,98 ° C. Pada suhu ini, air mencapai kepadatan tertinggi.
Uap, air, dan es adalah keadaan zat yang sama, molekulnya mengandung dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Perbedaan antara air cair dan air padat terletak pada fitur konstruksi antarmolekul. Air memiliki massa jenis yang lebih tinggi dalam zat cair daripada zat padat.
Setelah melewati ambang suhu +3,98°C, kerapatan air mulai berkurang lagi, dan pada +8°C kembali mencapai nilai yang sama seperti di nol.
Apa yang lebih sulit?
Jika, misalnya, air dituangkan ke dalam bejana, ia akan memiliki volume yang sama dengan satu liter. Jika Anda membekukan air ini, maka dengan massa yang sama 1 kg, air, yang membeku, akan cenderung mengambil lebih banyak ruang di dalam bejana. Sebuah kapal tertutup, terbatas pada kapasitas 1 sq. dm (1 liter), es akan pecah. Ternyata dengan massa cairan dan air beku yang sama, es akan memiliki volume yang lebih besar, yang akan melanggar kondisi semula.
Jika kita awalnya melanjutkan dari kesetaraan volume, dan membatasi air beku - sepotong es - dengan ukuran kubus dengan sisi sama dengan 1 dm (1 l), maka massanya akan menjadi kurang dari kilogram aslinya. Bagaimana bisa sebaliknya jika Anda memotong dan membuang sebagian es, menyesuaikan kubus dengan volume tertentu. Oleh karena itu, air dalam volume satu liter lebih berat daripada es dalam volume yang sama.
Jika Anda membekukan satu liter dengan 1.000 ml air (1 liter), maka sekitar 80 ml air akan keluar darinya selama proses pengerasan. Dan untuk mendapatkan 1 liter es batu cukup untuk membekukan 920 ml air.
Bekukan dan Pulihkan
Hari ini semakin sulit untuk menemukan air murni alami. Terutama dalam kondisi kota, di mana, sebelum memasuki apartemen, disaring, diklorinasi, dan menjalani jenis perawatan fisik dan kimia lainnya. Air bersih semakin langka, harga air yang dihasilkan dari sumur bor semakin mahal. Namun, air, ternyata, mengembalikan struktur dan energi aslinya setelah pembekuan - dimurnikan. Karena itu: minumlah air lelehan! Tidak heran semua tanaman bereaksi sangat baik terhadapnya di musim semi dan hewan minum dengan senang hati.
Kemampuan luar biasa es untuk mengapung dan mengapung di permukaan air dijelaskan tidak lebih dari sifat fisik dasar, yang dipelajari di sekolah menengah dan sekolah menengah atas. Diketahui dengan pasti bahwa zat cenderung memuai jika dipanaskan, seperti air raksa dalam termometer, dan air juga membeku dan bertambah volumenya ketika suhu turun, membentuk kerak es di permukaan reservoir.
Peningkatan volume air beku sering memainkan lelucon kejam pada mereka yang lupa wadah cairan dalam dingin. Air benar-benar memecahkan wadah.
Pendapat bahwa pori-pori mikroskopis berisi udara muncul di lapisan es yang baru terbentuk tidak salah, tetapi tidak dapat menjelaskan dengan tepat fakta pendakian. Sesuai dengan prinsip yang diturunkan dan dirumuskan oleh ilmuwan Yunani kuno, yang kemudian disebut hukum Archimedes, benda yang dicelupkan ke dalam zat cair didorong keluar dengan gaya yang sama dengan karakteristik berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut. .
fisika air
Diketahui dengan pasti bahwa es sekitar sepersepuluh lebih ringan dari air, itulah sebabnya gunung es raksasa terendam di lautan sekitar sembilan persepuluh dari total volumenya dan hanya terlihat oleh sebagian kecil. Bobot ini dijelaskan oleh sifat-sifat kisi kristal, yang, seperti diketahui, tidak memiliki struktur teratur dalam air dan dicirikan oleh gerakan konstan dan tumbukan molekul. Ini menjelaskan kepadatan air yang lebih tinggi dibandingkan dengan es, yang molekulnya di bawah pengaruh suhu rendah menunjukkan mobilitas rendah dan komponen energi kecil dan, karenanya, kepadatan lebih rendah.
Diketahui juga bahwa air memiliki kepadatan dan berat maksimum pada suhu yang sama dengan 4 ° C, penurunan lebih lanjut menyebabkan ekspansi dan penurunan indeks kepadatan, yang menjelaskan sifat-sifat es. Itulah sebabnya di waduk, air empat derajat yang berat tenggelam ke dasar, memungkinkan air yang lebih dingin naik dan berubah menjadi es yang tidak tenggelam.
Es memiliki sifat khusus, misalnya tahan terhadap unsur asing, memiliki reaktivitas rendah, dibedakan oleh mobilitas atom hidrogen, dan karenanya memiliki kekuatan luluh yang rendah.
Jelas bahwa properti ini sangat penting untuk pelestarian kehidupan di Bumi, karena jika es memiliki kemampuan untuk tenggelam di bawah kolom air, seiring waktu, setelah penurunan suhu, semua badan air di Bumi dapat diisi dengan lapisan. terus-menerus terbentuk di permukaan es, yang akan menyebabkan bencana alam dan hilangnya total flora dan fauna badan air dari khatulistiwa itu sendiri ke kutub yang berlawanan.
dan bagaimana itu berbeda dari yang mudah.
Banyak yang telah mendengar tentang keberadaan semacam "air berat", tetapi hanya sedikit orang yang tahu mengapa itu disebut berat, dan di mana zat luar biasa ini berada secara umum. Tujuan dari materi ini adalah untuk memperjelas situasi, dan cara yang sama jelaskan bahwa tidak ada berbahaya dan luar biasa dalam air berat Tidak , dan itu hadir dalam jumlah kecil di hampir semua air biasa, termasuk yang kita minum setiap hari.
"Air berat" sangat berat dalam kaitannya dengan air biasa. Tidak banyak, sekitar sepersepuluh beratnya, tetapi cukup untuk mengubah sifat-sifat air ini. Dan "gravitasinya" terletak pada kenyataan bahwa alih-alih "hidrogen ringan", atau protium, 1H, molekul air ini mengandung isotop berat. hidrogen 2H, atau deuterium (D), di dalam nukleusnya, selain proton, ada juga satu neutron lagi. Dari sudut pandang kimia, rumus air berat sama dengan rumus sederhana, H2O, tetapi fisikawan telah membuat penyesuaian, dan oleh karena itu biasanya ditulis rumus sebagai - D2O atau 2H2O. Ada versi lain dari air berat, atau disebut juga air "superberat" - T2O adalah tritium oksida, sebuah isotop hidrogen dengandua neutron dalam nukleus (dan ada tiga nukleon secara total, maka "tritium"). Tapi tiga t ii adalah radioaktif, dan militer menggunakan itu sebagai bahan baku untuk bom hidrogen(dan sesuai, rahasia segala sesuatu yang berhubungan dengannya - untuk berjaga-jaga), jadi kita tidak akan berbicara tentang air superberat dalam materi ini.
Mengapa air berat begitu berharga sehingga tidak hanya diisolasi dari air sederhana (dan ini, percayalah, semuanya), tetapi juga dipakai seperti karung tertulis?
Dan intinya ada pada neutron tambahan yang telah bergabung dengan inti protium. Jika sebuah mempertimbangkan bukan molekul air secara keseluruhan, tetapi atom hidrogen terpisah , ternyata menjadi dua kali lebih berat! Bukan sepersepuluh, tapi dua! yaitu, " lebih gemuk" mereka menjadi, tlebih pintar. Dan karena mereka lebih gemuk, seperti semua orang gemuk, mereka tidak ingin banyak bergerak. Mereka "malas", tidak terlalu aktif dibandingkan dengan protium, dan persis ini mereka menjelaskan semua perbedaan sifat antara air ringan dan berat.
Mari kita mulai dengan daftar properti ini.
Air berat tidak memiliki bau atau warna;oleh parameter iniair ringan dan air berat tidak membedakan.
Titik lelehnya lebih tinggi, es air berat mulai terbentuk pada suhu 3,813 ° C
bisul itu pada suhu yang lebih tinggi - 101,43°C
Viskositas air berat adalah 20% lebih tinggi dari viskositas biasa
kepadatan - 1, 1042 g/cm3 pada 25 °C, yang juga tidak banyak, tetapi lebih tinggi dari kerapatan air biasa.
Artinya, mereka dapat dibedakan bahkan pada tingkat primitif, sehari-hari. Tapi air berat juga memiliki sifat yang sulit didefinisikan "di rumah di dapur." Sebagai contoh:
Air berat, tidak seperti air ringan, menyerap neutron dengan sangat buruk. Dan karena itu merupakan moderator yang ideal untuk reaksi nuklir pada neutron "termal" yang lambat.
Ada sifat-sifat khusus lainnya, tetapi mereka melampaui cakupan persepsi filistin dan menarik terutama bagi spesialis yang sempit., jadi kita juga tidak akan membicarakannya.
Nah, di manakah letaknya, "air deras" ini? Di mana sumber ajaib dari konten berharga ini? Berharga, karena satu kilogram air berat harganya lebih dari seribu euro.
Tapi tidak ada, sumber magis! Itu terletak… Di mana-mana.
Rata-rata, rasio molekul air berat dan air biasa di alam adalah 1:5500. Namun, nilai ini adalah "rata-rata rumah sakit"; di air laut, kandungan isotop berat lebih tinggi, di sungai dan air hujan terasa lebih rendah. (1:3000-3500 vs 1:7000-7500). Ada juga variasi yang kuat dalam konsentrasi tergantung pada wilayah dan lokalitas. Ada juga sumber yang terpisah (daerah terpisah) di mana konsentrasi air berat keluar dari skala dan sebanding dengan konsentrasi biasa. protium , tetapi ini adalah kasus luar biasa.
Di satu sisi, melimpahnya air deras adalah berkah. Itu dapat ditemukan secara harfiah di mana-mana, di gelas apa pun. Sebaliknya, konsentrasi rendah tidak berkontribusi mengisolasinya dalam bentuk murni, terpisah dari protium . Oleh karena itu mahalnya biaya untuk mendapatkannya.
Menarik tapi nyata: ilmuwan yang menemukan air berat memperlakukannya sebagai insiden ilmiah, sesuatu yang tidak penting, sampingan dan menghibur. Htidak melihat peluang besar dalam penerapannya(dengan kata lain, mari bersikap objektif, situasi seperti itu, dengan penemuan-penemuan ilmiah di setiap langkah). Dan hanya beberapa waktu kemudian, oleh para peneliti yang sama sekali berbeda, potensi ilmiah dan industrinya ditemukan.
"Air berat" digunakan:
Dalam teknologi nuklir;
Dalam reaktor nuklir, untuk memperlambat neutron dan sebagai pendingin;
Sebagai pelacak isotop dalam kimia, fisika, biologi dan hidrologi;
Sebagai pendeteksi beberapa partikel elementer;
Sangat mungkin bahwa dalammasa depan yang bisa didugaair berat akan sumber energi yang tak ada habisnya para ilmuwan dengan serius mempertimbangkan cara menggunakannya deuterium dan sebagai bahan bakar untukfusi termonuklir terkendali.Tapi ini masih dari alam fantasi, meski sukses adalah diberikan lapangan tidak dapat disangkal.
Ahli kimia tertarik pada air berat karenadeuterium yang diperoleh darinya mudah ditentukan dengan metode laboratorium sederhana. Dan jika Anda mensintesis zat yang diberikan dengan bantuannya, sepenuhnya menggantikan protium dengan deuterium, dan menggabungkannya dengan zat "normal" lainnya, Anda dapat melacak atom hidrogen manaselama reaksimemasuki komposisi molekul itu, dan yang - lain. Artinya, dengan bantuan deuterium, ahli kimia "menandai" molekul dan melihat bagaimana mekanisme reaksi tertentu berlangsung. Dan percayalah, metode ini layak disebut revolusioner - pada suatu waktu itu mengubah pengetahuan banyak ahli teori yang tahu "bagaimana seharusnya", memaksa mereka untuk merevisi hukum alam berulang kali, menemukan penyebab baru dan baru.link investigasi, membangun hipotesis dan teori baru, yang tentu saja sangat memajukan ilmu kimia.
Ini lebih menarik bagi orang awam sederhana yang jauh dari kimia teoretis, tetapi bagaimana air berat mempengaruhi seseorang, dan secara umum, sistem biologis, seperti itu? Dan ini adalah minat yang sangat tepat. Untuk air berat bagi organisme hidup adalah RACUN!
Air berat, tidak seperti ringan, menekan vitalitas proses di semua tingkatan. Ahli biologi menyebutnya "air mati" . Di hadapannyareaksi kimia melambatproses biologis… KE setidaknya melambat. Termasuk, misalnya, perkembangbiakan mikroba dan bakteri melambat dan terhenti.
Eksperimen pada mamalia telah menunjukkan bahwa penggantian 25% hidrogen dalam jaringan dengan deuterium menyebabkan kemandulan, konsentrasi yang lebih tinggi menyebabkan kematian hewan yang cepat. H beberapa mikroorganisme dapat hidup di 70% air berat) (protozoa) dan bahkan di air berat murni (bakteri), tetapi ini adalah pengecualian. Seseorang dapat minum segelas air berat tanpa membahayakan kesehatan yang terlihat, semua deuterium akan dikeluarkan dari tubuh dalam beberapa hari, tetapi dengan paparan berkepanjangan yang konstan, penggantian air dalam jaringan dimulai, setelah itu konsekuensi negatif muncul.
Sebagai percobaan, para ilmuwan mencoba meminum air berat tikus dengan tumor ganas. Nah, ingat kisah dengan jelas th dan air mati, di mana orang mati menyembuhkan luka? Dan mereka berhasil - airnya ternyata benar-benar mati, tumornya hancur! Benar, bersama dengan tikus. Juga, air beratut negatif pada tanaman. Anjing percobaan, tikus dan tikus diberi air, sepertiganya diganti dengan air berat., h setelah waktu yang singkatmereka punyadimulai gangguan metabolisme, gagal ginjal. Dengan peningkatan proporsi air berat, hewan mati.
Tetapi ada juga sisi lain dari koin: sebaliknya, berkurang kandungan deuterium 25% di bawah norma dalam air yang diberikan kepada hewan memiliki efek menguntungkan pada perkembangan mereka: babi, tikus dan mencit melahirkan keturunan berkali-kali lebih banyak dan lebih besar dari biasanya, dan produksi telur ayam menjadi dua kali lipat.Artinya, selain "air mati", para ilmuwan menemukan air "hidup", dan dongeng anak-anak menjadi kenyataan.
Bagaimana cara menghindari kontak dengan air "mati" dan meningkatkan penggunaan "hidup"? Mungkin tidak. Baik itu dan itu akan menghasilkan skala industri dan menghabiskan banyak uang. Namun dalam kehidupan sehari-hari, meskipun kita tidak kuat, kita dapat mempengaruhi kualitas air yang kita gunakan, misalnya air hujan. mengandung air yang jauh lebih berat daripada salju. Jadi dalam "mistis »eksperimen dengan air lelehan dan efeknya pada tubuh tidak begitu mistis. Ada juga kandungan air berat yang lebih tinggi dilaut, dan dalam proses desalinasi dengan reverse osmosis, hanya terakumulasi, yang harus diperhitungkan saat merancang pabrik desalinasi. Kasus-kasus ketika seluruh daerah menjadi korban ketidaktahuan akan fakta ini diketahui. Orang-orang yang tinggal di daerah ini secara teratur menggunakan air laut desalinasi dengan kandungan deuterium yang tinggi, akibatnya banyak penduduk jatuh sakit dengan penyakit serius.
Namun tidak ada yang berlebihan di alam,Dan jangan terlalu keras pada air yang berat., mencapnya dengan racun atau menyebutnya "tidak berguna". Dia adalah membutuhkan dari kami sikap, perhatian, danpelajaran lanjutan, dan itu tidak membuat banyak perbedaan. dari orang banyakzat yang membutuhkan perhatian lebih. Kimia adalah ilmu, jadi Anda perlu mendekati masalah dengan seluruh gudang kemampuannya.
M. ADZHIEV
Air berat sangat mahal dan langka. Namun, jika mungkin untuk menemukan cara yang murah dan praktis untuk mendapatkannya, maka ruang lingkup sumber daya langka ini akan berkembang secara nyata. Halaman baru mungkin dibuka dalam kimia, biologi, dan ini adalah materi baru, senyawa yang tidak diketahui, dan mungkin bentuk kehidupan yang tidak terduga.
Beras. satu.
Molekul air terikat kuat satu sama lain dan membentuk struktur molekul stabil yang tahan terhadap pengaruh eksternal, khususnya pengaruh termal. (Inilah mengapa dibutuhkan banyak panas untuk mengubah air menjadi uap.) Struktur molekul air disatukan oleh kerangka ikatan mekanika kuantum khusus, yang dinamai pada tahun 1920 oleh dua ahli kimia Amerika Latimer dan Rodebush sebagai ikatan hidrogen. Semua sifat anomali air, termasuk perilaku pembekuan yang tidak biasa, dijelaskan dalam konsep ikatan hidrogen.
Air di alam hadir dalam beberapa varietas. Polos, atau protium (H 2 O). Berat, atau deuterium (D 2 O). Superheavy, atau tritium (T 2 O), tetapi hampir tidak ada di alam. Air juga berbeda dalam komposisi isotop oksigen. Secara total, setidaknya ada 18 varietas isotopnya.
Jika kita membuka keran air dan mengisi ketel, maka tidak akan ada air yang homogen, tetapi campurannya. Pada saat yang sama, akan ada sangat sedikit "inklusi" deuterium - sekitar 150 gram per ton. Ternyata air deras ada di mana-mana - di setiap tetes! Masalahnya adalah bagaimana mengambilnya. Saat ini, di seluruh dunia, ekstraksinya dikaitkan dengan biaya energi yang besar dan peralatan yang sangat kompleks.
Namun, ada asumsi bahwa situasi alami seperti itu mungkin terjadi di planet Bumi ketika air berat dan biasa terpisah satu sama lain untuk beberapa waktu - D 2 O dari keadaan "terlarut" yang tersebar menjadi terkonsentrasi. Jadi, mungkin ada endapan air berat? Sejauh ini, tidak ada jawaban tegas: tidak ada peneliti yang pernah menangani masalah ini sebelumnya.
Dan pada saat yang sama, diketahui bahwa sifat fisikokimia D 2 O sama sekali berbeda dengan H 2 0, pendamping tetapnya. Jadi, titik didih air berat adalah +101,4°C, dan membeku pada +3,81°C. Kepadatannya 10 persen lebih besar dari biasanya.
Perlu juga dicatat bahwa asal usul air berat, tampaknya, murni terestrial - tidak ada jejaknya yang ditemukan di luar angkasa. Deuterium terbentuk dari protium karena penangkapan neutron dari radiasi kosmik. Lautan, gletser, kelembaban atmosfer - ini adalah "pabrik" alami air berat.
Beras. 2. Ketergantungan kerapatan air biasa dan berat pada suhu. Perbedaan densitas satu dan jenis air lainnya melebihi 10%, dan oleh karena itu kondisi dimungkinkan ketika transisi ke keadaan padat pada pendinginan terjadi pertama kali di air berat, dan kemudian di air biasa. Bagaimanapun, fisika tidak melarang munculnya area fase padat dengan kandungan deuterium yang tinggi. Es "berat" dalam diagram ini sesuai dengan area yang diarsir. Jika air adalah cairan "normal" daripada cairan anomali, maka ketergantungan kerapatan pada suhu akan memiliki bentuk yang ditunjukkan oleh garis putus-putus.
Jadi, karena ada perbedaan densitas yang mencolok antara D 2 O dan H 2 O, maka densitas, serta keadaan agregasi, yang dapat menjadi kriteria paling sensitif dalam mencari kemungkinan endapan air berat - lagi pula, kriteria ini terkait dengan suhu lingkungan. Dan seperti yang Anda tahu, lingkungan paling "kontras" di garis lintang tinggi planet ini.
Tetapi sekarang pendapat telah terbentuk bahwa perairan lintang tinggi miskin deuterium. Alasannya adalah hasil studi sampel air dan es dari Great Bear Lake di Kanada dan dari reservoir utara lainnya. Ada juga fluktuasi kandungan deuterium sesuai dengan musim dalam setahun - di musim dingin, misalnya, di Sungai Columbia lebih sedikit daripada di musim panas. Penyimpangan dari norma ini dikaitkan dengan kekhasan distribusi curah hujan, yang, seperti yang umumnya dianggap, "membawa" deuterium di sekitar planet ini.
Tampaknya tidak ada peneliti yang segera menyadari kontradiksi tersembunyi dalam pernyataan ini. Ya, curah hujan memengaruhi distribusi deuterium di badan air planet ini, tetapi mereka tidak memengaruhi proses global pembentukan deuterium!
Ketika musim gugur tiba di Utara, pendinginan cepat massa air dimulai di sungai, yang dipercepat di bawah pengaruh lapisan es, pada saat yang sama ada asosiasi molekul H 2 O. Akhirnya, momen kritis kepadatan maksimum datang - suhu air di mana-mana sedikit di bawah + 4 ° . Dan kemudian di zona dekat-bawah di beberapa daerah, es bawah air yang lepas membeku secara intensif.
Tidak seperti es biasa, ia tidak memiliki kisi kristal biasa, ia memiliki struktur yang berbeda. Pusat kristalisasinya berbeda: batu, sobekan dan berbagai penyimpangan, dan tidak harus terletak di bagian bawah dan terkait dengan tanah beku. Es yang lepas muncul di sungai yang dalam, dengan aliran yang tenang - laminar.
Pembentukan es bawah air biasanya berakhir dengan es yang mengapung ke permukaan, meskipun tidak ada es lain saat ini. Es bawah air terkadang muncul di musim panas. Timbul pertanyaan: "air dalam air" apa yang mengubah keadaan agregasinya ketika suhu yang ditetapkan di sungai terlalu tinggi untuk H 2 O biasa untuk berubah menjadi es, sehingga, seperti yang dikatakan fisikawan, terjadi transisi fase?
Dapat diasumsikan bahwa es lepas mewakili konsentrasi air berat yang diperkaya. Ngomong-ngomong, jika ini masalahnya, maka Anda perlu ingat bahwa air berat tidak dapat dibedakan dari air biasa, tetapi konsumsinya di dalam tubuh dapat menyebabkan keracunan parah. Ngomong-ngomong, penduduk lokal di dataran tinggi tidak menggunakan es sungai untuk memasak - hanya es danau atau salju.
"Mekanisme" transisi fase D2O di sungai sangat mirip dengan yang digunakan oleh ahli kimia dalam apa yang disebut kolom kristalisasi. Hanya di sungai utara, "kolom" membentang hingga ratusan kilometer dan suhunya tidak begitu kontras.
Jika kita ingat bahwa ratusan dan ribuan meter kubik air melewati pusat kristalisasi dalam waktu singkat, dari mana ia berubah menjadi es - membeku - bahkan seperseribu persen, maka ini cukup untuk berbicara tentang kemampuan air berat untuk berkonsentrasi, kemudian membentuk endapan.
Hanya keberadaan konsentrasi seperti itu yang dapat menjelaskan fakta yang terbukti bahwa di musim dingin persentase deuterium di badan air utara menurun tajam. Ya, dan perairan kutub, seperti yang ditunjukkan oleh sampel, juga miskin deuterium, dan di Kutub Utara, kemungkinan ada daerah di mana hanya es yang mengapung yang diperkaya dengan deuterium yang mengapung, karena es dasar yang lepas muncul lebih dulu dan mencair terakhir.
Selain itu, penelitian telah menunjukkan bahwa gletser dan es di lintang tinggi umumnya lebih kaya akan isotop berat daripada perairan di sekitar es. Misalnya, di Greenland Selatan, di area stasiun Dai-3, anomali isotop telah terdeteksi di permukaan gletser, dan asal usul anomali tersebut belum dijelaskan. Ini berarti es yang mengapung diperkaya dengan deuterium juga dapat ditemui. Intinya, seperti yang mereka katakan, kecil - Anda perlu menemukan endapan air berat yang masih hipotetis ini.
M.ADZHIEV, ahli geografi.
Sumber informasi:
- L. Kulsky, V. Dahl, L. Lenchina. Airnya akrab dan misterius.
- K.: "sekolah Radyansk", 1982. - Ilmu Pengetahuan dan Kehidupan No. 10 Tahun 1988.
