100 მმ Hg Ხელოვნება. 54°C-ზე
მძიმე წყალიეს ტერმინი ჩვეულებრივ გამოიყენება აღსანიშნავად მძიმე წყალბადის წყალი, აგრეთვე ცნობილი, როგორც დეიტერიუმის ოქსიდი. მძიმე წყალბადის წყალს აქვს იგივე ქიმიური ფორმულა, როგორც ჩვეულებრივი წყალი, მაგრამ წყალბადის ჩვეულებრივი მსუბუქი იზოტოპის ორი ატომის ნაცვლად (პროტიუმი), შეიცავს მძიმე წყალბადის იზოტოპის ორ ატომს - დეიტერიუმს, ხოლო იზოტოპური შემადგენლობით მისი ჟანგბადი შეესაბამება ჰაერის ჟანგბადს. . მძიმე წყალბადის წყლის ფორმულა ჩვეულებრივ იწერება როგორც D 2 O ან 2 H 2 O. გარეგნულად მძიმე წყალი ჩვეულებრივ ჰგავს - უფერო სითხეს გემოსა და სუნის გარეშე. ის არ არის რადიოაქტიური.
ენციკლოპედიური YouTube
1 / 5
✪ მივიღე დიუტერი და ვცადე მძიმე წყალი!
✪ წყლის უნიკალური თვისებები. ქიმია მარტივია.
✪ ცივი ბირთვული შერწყმა ჭიქა წყალში. იაფი გათბობა, წყალბადის იაფი წარმოება.
✪ ოსმიუმი - ყველაზე ციური ლითონი დედამიწაზე!
✪ გალილეო. მშრალი წყალი (ნაწილი 1)
სუბტიტრები
აღმოჩენის ისტორია
მძიმე წყალბადის წყლის მოლეკულები პირველად ბუნებრივ წყალში აღმოაჩინა ჰაროლდ ურიის მიერ 1932 წელს, რისთვისაც მეცნიერს 1934 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია ქიმიაში. და უკვე 1933 წელს გილბერტ ლუისმა გამოყო სუფთა, მძიმე წყალბადის წყალი. ჩვეულებრივი წყლის ელექტროლიზის დროს, რომელიც ჩვეულებრივ წყლის მოლეკულებთან ერთად შეიცავს წყალბადის მძიმე იზოტოპის მიერ წარმოქმნილ მძიმე (D 2 O) და ნახევრად მძიმე (HOD) წყლის მოლეკულებს, ნარჩენი თანდათან მდიდრდება მოლეკულებით. ამ ნაერთების. ასეთი ნარჩენებისგან, განმეორებითი ელექტროლიზის შემდეგ, ლუისმა 1933 წელს პირველად მოახერხა წყლის მცირე რაოდენობის იზოლირება, რომელიც თითქმის 100% შედგებოდა ჟანგბადის ნაერთის მოლეკულებისგან დეიტერიუმთან და უწოდეს მძიმე. მძიმე წყლის წარმოების ეს მეთოდი დღესაც უმთავრესად რჩება, თუმცა გამოიყენება ძირითადად გამდიდრების ბოლო ეტაპზე 5-10%-დან >99%-მდე (იხ. ქვემოთ).
1938 წლის ბოლოს ბირთვული დაშლის აღმოჩენისა და ნეიტრონების მიერ გამოწვეული ჯაჭვური ბირთვული დაშლის რეაქციების გამოყენების შესაძლებლობის გაცნობიერების შემდეგ, გაჩნდა საჭიროება ნეიტრონების მოდერატორისთვის - ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია ეფექტურად შეანელოს ნეიტრონები მათი დაჭერის რეაქციებში დაკარგვის გარეშე. ნეიტრონებს ყველაზე ეფექტურად ზომიერებენ მსუბუქი ბირთვები და ჩვეულებრივი წყალბადის (პროტიუმის) ბირთვები უნდა ყოფილიყო ყველაზე ეფექტური მოდერატორი, მაგრამ მათ აქვთ მაღალი ნეიტრონის დაჭერის ჯვარი. პირიქით, მძიმე წყალბადი იჭერს ძალიან ცოტა ნეიტრონს (თერმული ნეიტრონის დაჭერის ჯვარი პროტიუმისთვის 100 ათასჯერ მეტია, ვიდრე დეიტერიუმისთვის). ტექნიკურად, დეიტერიუმის ყველაზე მოსახერხებელი ნაერთი მძიმე წყალია და მას ასევე შეუძლია გამაგრილებლის როლი შეასრულოს, გამოყოფს სითბოს იმ ადგილიდან, სადაც ხდება დაშლის ჯაჭვური რეაქცია. ატომური ენერგიის ადრეული დღიდან მძიმე წყალი მნიშვნელოვანი ინგრედიენტი იყო ზოგიერთ რეაქტორში, როგორც ელექტროენერგიის გამომუშავებაში, ასევე მათში, რომლებიც შექმნილია ბირთვული იარაღისთვის პლუტონიუმის იზოტოპების წარმოებისთვის. ამ ეგრეთ წოდებულ მძიმე წყლის რეაქტორებს აქვთ უპირატესობა, რომ შეუძლიათ მუშაობა ბუნებრივ (გაუამდიდრებელ) ურანზე გრაფიტის მოდერატორების გამოყენების გარეშე, რაც დეკომისიის ფაზაში შეიძლება წარმოადგენდეს მტვრის აფეთქების საშიშროებას და შეიცავდეს ინდუცირებულ რადიოაქტიურობას (ნახშირბადი-14 და სხვა. სხვა რადიონუკლიდები). თუმცა, თანამედროვე რეაქტორების უმეტესობა იყენებს გამდიდრებულ ურანს ნორმალური „მსუბუქი წყლით“, როგორც მოდერატორი, მიუხედავად ზომიერი ნეიტრონების ნაწილობრივი დაკარგვისა.
მძიმე წყლის წარმოება სსრკ-ში
მძიმე წყლის ინდუსტრიული წარმოება და გამოყენება ბირთვული ენერგიის განვითარებით დაიწყო. სსრკ-ში, სსრკ მეცნიერებათა აკადემიის No3 ლაბორატორიის ორგანიზებისას () პროექტის მენეჯერს A. I. Alikhanov-ს დაევალა მძიმე წყლის რეაქტორის შექმნა. ამან გამოიწვია მძიმე წყლის საჭიროება და სსრკ სახალხო კომისართა საბჭოსთან არსებული სპეციალური კომიტეტის ტექნიკურმა საბჭომ შეიმუშავა სსრკ სახალხო კომისართა საბჭოს ბრძანებულების პროექტი "ნახევრად სამრეწველო დანადგარების მშენებლობის შესახებ. პროდუქტის წარმოება 180", მძიმე წყლის პროდუქტიული დანადგარების შექმნაზე მუშაობა დაევალა ბირთვული პროექტის ხელმძღვანელს ბ. გინზბურგი, სსრკ მექანიკური ინჟინერიისა და ინსტრუმენტების სახალხო კომისარი პ.ი. პარშინი და სსრკ ნავთობის მრეწველობის სახალხო კომისარი ნ.კ.ბაიბაკოვი. მძიმე წყლის საკითხებში მთავარი კონსულტანტი გახდა სსრკ მეცნიერებათა აკადემიის No2 ლაბორატორიის სექტორის გამგე M. O. Kornfeld.
Თვისებები
ჩვეულებრივი და მძიმე წყლის თვისებების შედარება
| Პარამეტრი | D2O | HDO | H2O |
|---|---|---|---|
| დნობის წერტილი (°C) | 3,82 | 0,00 | |
| დუღილის წერტილი (°C) | 101,42 | 100,7 | 100,00 |
| სიმკვრივე (გ/სმ³, 20 °C-ზე) | 1,1056 | 1,054 | 0,9982 |
| მაქსიმალური ტემპერატურა სიმკვრივე (°C) |
11,6 | 4,0 | |
| სიბლანტე (ცენტიპოიზა, 20 °C-ზე) | 1,25 | 1,1248 | 1,005 |
| ზედაპირის დაძაბულობა (დინე სმ, 25 °C-ზე) |
71,87 | 71,93 | 71,98 |
| მოცულობის მოლური შემცირება დნობისას (სმ³/მოლი) |
1,567 | 1,634 | |
| შერწყმის მოლური სითბო (კკალ/მოლი) | 1,515 | 1,436 | |
| აორთქლების მოლური სითბო (კკალ/მოლი) | 10,864 | 10,757 | 10,515 |
| (25°C-ზე) | 7,41 | 7,266 | 7,00 |
ბუნებაში ყოფნა
ბუნებრივ წყლებში ერთი დეიტერიუმის ატომი შეადგენს 6400 ... 7600 პროტიუმის ატომს. თითქმის მთელი ეს არის DHO მოლეკულების შემადგენლობაში, ერთი ასეთი მოლეკულა მოდის 3200 ... 3800 მოლეკულაზე მსუბუქი წყლის. დეიტერიუმის ატომების მხოლოდ ძალიან მცირე ნაწილი ქმნის მძიმე წყლის მოლეკულებს D 2 O, რადგან ბუნებაში დეიტერიუმის ორი ატომის ერთ მოლეკულაში შეხვედრის ალბათობა მცირეა (დაახლოებით 0,5⋅10 −7). წყალში დეიტერიუმის კონცენტრაციის ხელოვნური მატებით, ეს ალბათობა იზრდება.
ბიოლოგიური როლი და ფიზიოლოგიური გავლენა
მძიმე წყალი მხოლოდ ოდნავ ტოქსიკურია, ქიმიური რეაქციები მის გარემოში გარკვეულწილად ნელია ჩვეულებრივ წყალთან შედარებით, წყალბადის ბმები დეიტერიუმთან შედარებით უფრო ძლიერია ვიდრე ჩვეულებრივ. ძუძუმწოვრებზე (თაგვები, ვირთხები, ძაღლები) ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ქსოვილებში წყალბადის 25% დეიტერიუმით ჩანაცვლება იწვევს სტერილურობას, ზოგჯერ შეუქცევადს. უფრო მაღალი კონცენტრაცია იწვევს ცხოველის სწრაფ სიკვდილს; ამგვარად, ძუძუმწოვრები, რომლებიც სვამდნენ მძიმე წყალს ერთი კვირის განმავლობაში, იღუპებოდნენ, როდესაც მათ სხეულში არსებული წყლის ნახევარი დეიტერირდება; თევზი და უხერხემლოები იღუპებიან მხოლოდ ორგანიზმში წყლის 90%-ით დეუტირებით. უმარტივესებს შეუძლიათ ადაპტირება მძიმე წყლის 70%-იან ხსნართან, ხოლო წყალმცენარეები და ბაქტერიები იცხოვრებენ სუფთა მძიმე წყალშიც კი. ადამიანს შეუძლია დალიოს რამდენიმე ჭიქა მძიმე წყალი ჯანმრთელობისთვის თვალსაჩინო ზიანის გარეშე, მთელი დეიტერიუმი ორგანიზმიდან რამდენიმე დღეში გამოიყოფა.
ამრიგად, მძიმე წყალი გაცილებით ნაკლებად ტოქსიკურია, ვიდრე, მაგალითად, სუფრის მარილი. მძიმე წყალი გამოიყენებოდა ადამიანებში არტერიული ჰიპერტენზიის სამკურნალოდ დღიური დოზებით 10-დან 675 გ D 2 O-მდე დღეში.
ადამიანის ორგანიზმი ბუნებრივ მინარევებს შეიცავს იმდენ დეიტერიუმს, რამდენიც 5 გრამ მძიმე წყალს; ეს დეიტერიუმი ძირითადად შედის HDO ნახევრად მძიმე წყლის მოლეკულებში, ისევე როგორც ყველა სხვა ბიოლოგიურ ნაერთში, რომელიც შეიცავს წყალბადს.
Გარკვეული ინფორმაცია
მძიმე წყალი გროვდება ელექტროლიტის ნარჩენებში წყლის განმეორებითი ელექტროლიზის დროს. ღია ცის ქვეშ მძიმე წყალი სწრაფად შთანთქავს ჩვეულებრივი წყლის ორთქლს, ამიტომ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ის ჰიგიროსკოპიულია. მძიმე წყლის წარმოება ძალიან ენერგო ინტენსიურია, ამიტომ მისი ღირებულება საკმაოდ მაღალია. 1935 წელს, მძიმე წყლის აღმოჩენისთანავე, მისი ფასი იყო დაახლოებით 19 დოლარი გრამზე). ამჟამად მძიმე წყალი დეიტერიუმის შემცველობით 99 ატ.%, გაყიდული ქიმიური რეაგენტების მომწოდებლების მიერ, ღირს დაახლოებით 1 ევრო გრამზე 1 კგ-ზე, მაგრამ ეს ფასი ეხება პროდუქტს ქიმიური რეაგენტის კონტროლირებადი და გარანტირებული ხარისხის მქონე პროდუქტზე; დაბალი ხარისხის მოთხოვნებით, ფასი შეიძლება იყოს სიდიდის ბრძანებით დაბალი.
განაცხადი
მძიმე წყალბადის წყლის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება ის არის, რომ ის პრაქტიკულად არ შთანთქავს ნეიტრონებს, ამიტომ გამოიყენება ბირთვულ რეაქტორებში ზომიერი ნეიტრონებისკენ და როგორც გამაგრილებელი. იგი ასევე გამოიყენება როგორც იზოტოპური ინდიკატორი ქიმიაში, ბიოლოგიასა და ჰიდროლოგიაში, ფიზიოლოგიაში, აგროქიმიაში და ა.შ. (ცოცხალ ორგანიზმებზე ექსპერიმენტების და ადამიანის დიაგნოსტიკური კვლევების ჩათვლით). ნაწილაკების ფიზიკაში მძიმე წყალი გამოიყენება ნეიტრინოების გამოსავლენად; ამრიგად, ყველაზე დიდი მზის ნეიტრინო დეტექტორი SNO (კანადა) შეიცავს 1000 ტონა მძიმე წყალს.
დეიტერიუმი არის ბირთვული საწვავი მომავლის ენერგიისთვის, რომელიც დაფუძნებულია კონტროლირებად თერმობირთვულ შერწყმაზე. ამ ტიპის პირველ ენერგეტიკულ რეაქტორებში უნდა განახორციელოს რეაქცია D + T → 4 He + n + 17,6 მევ .
ზოგიერთ ქვეყანაში (მაგალითად, ავსტრალიაში), მძიმე წყლის კომერციული მიმოქცევა მოქცეულია სახელმწიფო შეზღუდვების ქვეშ, რაც დაკავშირებულია მისი გამოყენების თეორიულ შესაძლებლობასთან "არაავტორიზებული" ბუნებრივი ურანის რეაქტორების შესაქმნელად, რომლებიც შესაფერისია იარაღის ხარისხის პლუტონიუმის წარმოებისთვის.
სხვა სახის მძიმე წყალი
ნახევრად მძიმე წყალი
ასევე არის ნახევრად მძიმე წყალი (ასევე ცნობილია როგორც დეიტერიუმის წყალი, მონოდეიტერიუმის წყალი, დეიტერიუმის ჰიდროქსიდი), რომელშიც წყალბადის მხოლოდ ერთი ატომი შეიცვალა დეიტერიუმით. ასეთი წყლის ფორმულა იწერება შემდეგნაირად: DHO ან ²HHO. უნდა აღინიშნოს, რომ წყალი, რომელსაც აქვს ოფიციალური შემადგენლობა DHO, იზოტოპური გაცვლის რეაქციების გამო, რეალურად შედგება DHO, D 2 O და H 2 O მოლეკულების ნარევისგან (დაახლოებით 2:1:1 თანაფარდობით). ეს შენიშვნა ასევე ეხება THO-ს და TDO-ს.
სუპერ მძიმე წყალი
ზემძიმე წყალი შეიცავს ტრიტიუმს, რომლის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 12 წელზე მეტია. მისი თვისებების მიხედვით, ზემძიმე წყალი ( T2O) კიდევ უფრო შესამჩნევად განსხვავდება ჩვეულებრივისგან: დუღს 104 °C-ზე, იყინება +9 °C-ზე და აქვს სიმკვრივე 1,21 გ/სმ³. ცნობილია სუპერმძიმე წყლის ცხრავე ვარიანტი (ანუ მიღებული მეტ-ნაკლებად სუფთა მაკროსკოპული ნიმუშების სახით): THO, TDO და T 2 O ჟანგბადის სამი სტაბილური იზოტოპიდან (16 O, 17 O და 18 O). . ზოგჯერ ზემძიმე წყალს უბრალოდ უწოდებენ მძიმე წყალს, თუ ამან შეიძლება გამოიწვიოს დაბნეულობა. ზემძიმე წყალს აქვს მაღალი რადიოტოქსიკურობა.
წყლის მძიმე ჟანგბადის იზოტოპური ცვლილებები
ვადა მძიმე წყალიასევე გამოიყენება მძიმე ჟანგბადის წყალთან მიმართებაში, რომელშიც ჩვეულებრივი მსუბუქი ჟანგბადი 16 O ჩანაცვლებულია ერთ-ერთი მძიმე სტაბილური იზოტოპით 17 O ან 18 O. ჟანგბადის მძიმე იზოტოპები არსებობს ბუნებრივ ნარევში, შესაბამისად, ბუნებრივ წყალში არის ყოველთვის არის ორივე მძიმე ჟანგბადის მოდიფიკაციის ნაზავი. მათი ფიზიკური თვისებებიც გარკვეულწილად განსხვავდება ჩვეულებრივი წყლისგან; ასე რომ, 1 H 2 18 O გაყინვის წერტილი არის +0.28 ° C.
მძიმე ჟანგბადის წყალი, კერძოდ, 1 H 2 18 O, გამოიყენება ონკოლოგიური დაავადებების დიაგნოსტიკაში (მისგან მიიღება ფტორ-18 იზოტოპი ციკლოტრონიდან, რომელიც გამოიყენება ონკოლოგიური დაავადებების დიაგნოსტიკისთვის წამლების სინთეზისთვის, კერძოდ. 18-ფდგ).
წყლის იზოტოპური ცვლილებების საერთო რაოდენობა
თუ ჩავთვლით ყველა შესაძლოს არარადიოაქტიურინაერთები ზოგადი ფორმულით H 2 O, მაშინ წყლის შესაძლო იზოტოპური ცვლილებების საერთო რაოდენობა მხოლოდ ცხრაა (რადგან არსებობს წყალბადის ორი სტაბილური იზოტოპი და ჟანგბადის სამი).
ბევრს აინტერესებს რა არის უფრო მსუბუქი გარემოში: წყალი თუ ყინული? ყოველივე ამის შემდეგ, ყინული არის გაყინული წყალი და თუ სხვა კუთხით შეხედავთ, მაშინ სითხე არის ყინულის მდნარი მასები. ჩვენს სამყაროში ყველაფერი შეიძლება თავდაყირა და წარმოაჩინოს ისე, რომ ნებისმიერი პროცესი ორივე მიმართულებით წავიდეს. მაგრამ, სიმძიმის და, შესაბამისად, სიმკვრივის შესახებ საუბრის გაგრძელებისას უნდა აღინიშნოს, რომ მას თავისი მცირე წონა მრავალი თვალსაზრისით უჭირავს ჩვეულებრივ ჰაერს.
ყინულის საიდუმლოებები
არ არის საჭირო გამოცნობა: მიზეზი მდგომარეობს მცირე ღრუებში, რომლებიც წარმოიქმნება წყლის გაყინვისას. ეს ღრუები ივსება ჩვეულებრივი ჰაერით და ეს აძლევს ყინულს ნაკლებ წონას. ძალიან სასარგებლო მოვლენაა, მაგრამ არა მხოლოდ ამ მიზეზით, ყინულის ფენები უფრო მსუბუქია. არც ისე დიდი ხნის წინ ვისაუბრეთ იმაზე, რომ წყლის ყველაზე მაღალი სიმკვრივე ნორმალურ პირობებში მიიღწევა 4 გრადუს ცელსიუს ტემპერატურაზე. ეს ნიშნავს, რომ წყლის ნულოვანი ტემპერატურა იძლევა უფრო დაბალ სიმკვრივეს, ანუ უფრო დიდ მოცულობას. სწორედ ამ მიზეზის გამო (რადგან ყინული ვერ წარმოიქმნება 0-ზე მეტ ტემპერატურაზე) ყინულის ნაჭრები ცურავს.
ყველაფერი საინტერესო მარტივია
როგორ შეგიძლიათ მეტი გითხრათ ამ საინტერესო ფენომენის შესახებ? ასე რომ, წარმოიდგინეთ პროცესი, რომელიც ხდება წყალში. ამ პროცესს ეწოდება კონვექცია: ენერგიის გაცვლა ძაფებით. არის დინებები და ნაკაწრები ჩამდგარ წყალშიც კი, მათგან თავის დაღწევა შეუძლებელია და თანამედროვე მეცნიერებმაც კი ჯერ ვერ შეძლეს გაარკვიონ, რა იმალება წყლის მოძრაობის ბუნების უკან. ამიტომ, ენერგიის გაცვლა მუდმივად მიმდინარეობს. თუ ხდება ენერგიის გაცვლა, მაშინ ტემპერატურაც იცვლება. ამას თუ დავუმატებთ სიმკვრივის ცვლილებას, მივიღებთ, რომ წყალი, რომელსაც უფრო მაღალი სიმკვრივე აქვს, იძირება ფსკერზე. მაგრამ მას არ შეუძლია გაყინვა, რადგან ის ძალიან თბილია ამისთვის.
ამრიგად, ნაკლებად მკვრივი, ანუ ის, რომელმაც უკვე გადალახა +4 გრადუსიანი წერტილი და უახლოვდება ნულს, წინ მიიწევს ვაკანტურ ადგილს. ამ წყალს გაყინვის ყველა შანსი აქვს. ამრიგად, ძირითადი მახასიათებლები აჩვენებს და ამტკიცებს, რომ წყალი უფრო მკვრივი და მძიმეა, ხოლო ყინული მსუბუქია. უპირველეს ყოვლისა, ეს არის ჰაერის ბუშტების ან რაიმე სახის გაზის არსებობა (ბოლოს და ბოლოს, ჰაერი და ერთი გაზი შეიძლება გაიყინოს). მეორეც, დაბალი სიმკვრივე და, შედეგად, უფრო დიდი მოცულობა. ერთად, ეს იძლევა მხოლოდ ოდნავ დაბალ სიმკვრივეს.
და თუ ყინულის მასები უფრო მსუბუქია ვიდრე წყლის იგივე მოცულობა, მაშინ არც ისე ბევრი. წარმოიდგინეთ განსხვავება მხოლოდ ათი პროცენტით. ყინულის ნაჭერს შეიძლება ჰქონდეს დიდი რაოდენობით ღრუ, მაგრამ მათი მთლიანი მოცულობა ძალიან მცირე იქნება. შეიძლება წარმოიდგინოთ, რომ თუ აისბერგი ცურავს წყალზე, მაშინ აისბერგის მთლიანი მასის 90% იმალება წყლის კიდეზე. წარმოუდგენელი მოცულობა და წონა, რომელიც ზოგჯერ უბრალოდ ფანტასტიკურად გამოიყურება. და მაინც ეს ობიექტები ცურავს.
როცა წყალში მარილია
ეს ყველაფერი ეხება სუფთა წყალს. რა უნდა ითქვას მარილიანზე? Ის არის . ჩვეულებრივ მიუთითეთ რაღაც -3,2-დან -3,5 გრადუსამდე. გამოდის, რომ ამ შემთხვევაში, როდესაც მარილის გამო ის უფრო დიდი ხდება, ხოლო გაყინვისას, ყინულის მასები ნაწილობრივ უარყოფენ მარილს თითქმის მოლეკულურ დონეზე, მაშინ სიმკვრივის სხვაობა გაცილებით მნიშვნელოვანი ხდება. და ის უკვე აღარ არის ათი პროცენტი, მაგრამ აღწევს თითქმის ოცს. ანუ თუ აიღებთ იგივე აისბერგს, მაშინ მისი მასის 20% წყლის ზემოთ იქნება, ხოლო 80% წყლის ქვეშ.
ვინაიდან ამდენი რამ დამოკიდებულია წყლის შემადგენლობაზე, ყოველთვის არ არის შესაძლებელი სწრაფად და ობიექტურად იმის თქმა, თუ რამდენად მსუბუქია ყინულის მოცულობა. მაგრამ საფუძვლიანი შესწავლის გარეშეც, თამამად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ტენიანობა ყოველთვის უფრო მძიმეა, წინააღმდეგ შემთხვევაში, წყალქვეშა აისბერგები დღეს ხშირად გვხვდება არქტიკაში.
ლიტრი არის თხევადი ნივთიერებების მოცულობის ერთეული. ასევე დასაშვებია ნაყარი მყარი ნაწილების გაზომვა საკმარისად წვრილი წილადით ლიტრებში. სხვა მყარი ნივთიერებებისთვის გამოიყენება კუბური მეტრის (დეციმეტრი, სანტიმეტრი) კონცეფცია. ლიტრის ტერმინისა და ცნების განმარტება ჩამოყალიბდა წონისა და ზომების გენერალურმა კონფერენციამ 1901 წელს. განმარტება ასეთია: 1 ლიტრი არის ერთი კილოგრამი სუფთა მტკნარი წყლის მოცულობა 760 მმ Hg ატმოსფერული წნევით და +3,98 ° C ტემპერატურაზე. ამ ტემპერატურაზე წყალი აღწევს უმაღლეს სიმკვრივეს.
ორთქლი, წყალი და ყინული არის ერთი და იგივე ნივთიერების მდგომარეობა, რომლის მოლეკულა შეიცავს წყალბადის ორ ატომს და ერთ ჟანგბადის ატომს. განსხვავება თხევად წყალსა და მყარ წყალს შორის მდგომარეობს ინტერმოლეკულური კონსტრუქციების მახასიათებლებში. წყალს სითხეში უფრო მაღალი სიმკვრივე აქვს, ვიდრე მყარში.
+3,98°C ტემპერატურის ზღურბლის გადალახვის შემდეგ, წყლის სიმკვრივე კვლავ იწყებს კლებას და +8°C-ზე კვლავ აღწევს იგივე მნიშვნელობებს, როგორც ნულზე.
რა არის უფრო რთული?
თუ, მაგალითად, ჭურჭელში ჩაასხით წყალი, მას ერთი ლიტრის ტოლი მოცულობა ექნება. თუ ამ წყალს გაყინავთ, მაშინ იგივე 1 კგ მასით, წყალი, გაყინვისას, უფრო მეტ ადგილს დაიკავებს ჭურჭელში. დახურული ჭურჭელი, შეზღუდული ტევადობით 1 კვ. დმ (1 ლიტრი), ყინული გატყდება. გამოდის, რომ თხევადი და გაყინული წყლის იგივე მასით ყინულს უფრო დიდი მოცულობა ექნება, რაც დაარღვევს პირვანდელ მდგომარეობას.
თუ თავდაპირველად გამოვიყენებთ მოცულობების თანაბარობიდან და შევზღუდავთ გაყინულ წყალს - ყინულის ნაჭერს - კუბის ზომით, რომლის გვერდი უდრის 1 დმ (1 ლ), მაშინ მისი მასა გახდება თავდაპირველ კილოგრამზე ნაკლები. სხვაგვარად როგორ შეიძლება, თუ დაჭრით და ამოიღებთ ყინულის ნაწილს, კუბს მოცემულ მოცულობაზე მორგებით. მაშასადამე, წყალი ლიტრის მოცულობით უფრო მძიმეა, ვიდრე ყინული იმავე მოცულობით.
თუ ლიტრს 1000 მლ წყალთან ერთად გაყინავთ (1 ლიტრი), მაშინ გამკვრივების პროცესში მისგან დაახლოებით 80 მლ წყალი დაიღვრება. ხოლო 1 ლიტრი ყინულის მისაღებად საკმარისია 920 მლ წყლის გაყინვა.
გაყინვა და აღდგენა
დღეს უფრო და უფრო რთულია სუფთა ბუნებრივი წყლის პოვნა. განსაკუთრებით ქალაქის პირობებში, სადაც ბინაში შესვლამდე ხდება მისი გაფილტრვა, ქლორირება და სხვა სახის ფიზიკურ და ქიმიურ დამუშავებას. სუფთა წყალი მწირი ხდება, არტეზიული ჭაბურღილებიდან წარმოებული წყლის ღირებულება იზრდება. თუმცა, წყალი, თურმე, გაყინვის შემდეგ აღადგენს პირვანდელ სტრუქტურას და ენერგიას – იწმინდება. ამიტომ: დალიეთ დნობის წყალი! გასაკვირი არ არის, რომ ყველა მცენარე ასე კარგად რეაგირებს მასზე გაზაფხულზე და ცხოველები სიამოვნებით სვამენ.
ყინულის საოცარი უნარი ცურვისა და წყლის ზედაპირზე ცურვისას აიხსნება სხვა არაფერი, თუ არა ელემენტარული ფიზიკური თვისებებით, რომლებსაც სწავლობენ საშუალო და საშუალო სკოლაში. დანამდვილებით ცნობილია, რომ ნივთიერებები გაცხელებისას გაფართოებისკენ მიდრეკილნი არიან, როგორიცაა ვერცხლისწყალი თერმომეტრში, ხოლო წყალი ასევე იყინება და მოცულობაში მატულობს, როდესაც ტემპერატურა იკლებს, რაც ქმნის ყინულის ქერქს რეზერვუარების ზედაპირზე.
გაყინული წყლის მოცულობის ზრდა ხშირად სასტიკ ხუმრობს მათ, ვინც სიცივეში ავიწყდება სითხის კონტეინერებს. წყალი ფაქტიურად არღვევს კონტეინერს.
მოსაზრება, რომ ჰაერით სავსე მიკროსკოპული ფორები ჩნდება ახლად წარმოქმნილ ყინულის ფენაში, მცდარი არ არის, მაგრამ ის ვერ ახსნის სათანადოდ აღმართის ფაქტს. ძველი ბერძენი მეცნიერის მიერ მიღებული და ჩამოყალიბებული პრინციპების შესაბამისად, რომელსაც მოგვიანებით არქიმედეს კანონი ეწოდა, სითხეში ჩაძირული სხეულები გამოდევნიან მისგან ისეთი ძალით, რომელიც უდრის ამ სხეულის მიერ გადაადგილებული სითხის წონის მახასიათებლებს. .
წყლის ფიზიკა
დანამდვილებით ცნობილია, რომ ყინული წყალზე დაახლოებით ერთი მეათედი მსუბუქია, რის გამოც გიგანტური აისბერგები ოკეანეში ჩაძირულია მათი მთლიანი მოცულობის დაახლოებით ცხრა მეათედით და მხოლოდ მცირე ნაწილისთვის ჩანს. ეს წონა აიხსნება ბროლის გისოსის თვისებებით, რომელსაც, როგორც ცნობილია, წყალში მოწესრიგებული სტრუქტურა არ აქვს და ახასიათებს მოლეკულების მუდმივი მოძრაობა და შეჯახება. ამით აიხსნება წყლის უფრო მაღალი სიმკვრივე ყინულთან შედარებით, რომლის მოლეკულები დაბალი ტემპერატურის გავლენის ქვეშ აჩვენებენ დაბალ მობილურობას და მცირე ენერგეტიკულ კომპონენტს და, შესაბამისად, უფრო დაბალ სიმკვრივეს.
ასევე ცნობილია, რომ წყალს აქვს მაქსიმალური სიმკვრივე და წონა 4 ° C ტემპერატურაზე, შემდგომი შემცირება იწვევს გაფართოებას და სიმკვრივის ინდექსის შემცირებას, რაც ხსნის ყინულის თვისებებს. სწორედ ამიტომ წყალსაცავებში მძიმე ოთხი გრადუსიანი წყალი იძირება ფსკერზე, რაც საშუალებას აძლევს უფრო გრილი წყალს აწიოს და გადაიზარდოს ჩაძირულ ყინულად.
ყინულს აქვს სპეციფიკური თვისებები, მაგალითად, მდგრადია უცხო ელემენტების მიმართ, აქვს დაბალი რეაქტიულობა, გამოირჩევა წყალბადის ატომების მობილურობით და, შესაბამისად, აქვს დაბალი გამტარუნარიანობა.
ნათელია, რომ ეს თვისება ფუნდამენტურია დედამიწაზე სიცოცხლის შესანარჩუნებლად, რადგან თუ ყინულს ქონდა წყლის სვეტის ქვეშ ჩაძირვის უნარი, დროთა განმავლობაში, ტემპერატურის შემცირების შემდეგ, დედამიწის ყველა წყლის სხეული ფენებით შეივსებოდა. მუდმივად წარმოიქმნება ყინულის ზედაპირზე, რაც გამოიწვევს სტიქიურ უბედურებას და წყლის ობიექტების ფლორისა და ფაუნის სრულ გაქრობას თავად ეკვატორიდან მოპირდაპირე პოლუსებამდე.
და როგორ განსხვავდება ის მარტივისგან.
ბევრს სმენია რაიმე სახის "მძიმე წყლის" არსებობის შესახებ, მაგრამ ცოტამ თუ იცის, რატომ უწოდებენ მას მძიმე და სად მდებარეობს ზოგადად ეს ზღაპრული ნივთიერება. ამ მასალის მიზანია სიტუაციის გარკვევა დაანალოგიურად აუხსენი რომ არაფერისაშიში და ზღაპრული მძიმე წყალშიარა და რომ ის მცირე რაოდენობით არის თითქმის ყველა ჩვეულებრივ წყალში, მათ შორის ისეთებშიც, რომლებსაც ყოველდღე ვსვამთ.
„მძიმე წყალი“ მართლაც მძიმეა ჩვეულებრივ წყალთან მიმართებაში. არც ისე ბევრი, დაახლოებით ერთი მეათედი წონის მიხედვით, მაგრამ საკმარისია ამ წყლის თვისებების შესაცვლელად. და მისი „სიმძიმე“ მდგომარეობს იმაში, რომ „მსუბუქი წყალბადის“ ან პროტიუმის ნაცვლად, 1H, ამ წყლის მოლეკულები შეიცავს მძიმე იზოტოპს.წყალბადის 2H, ანუ დეიტერიუმი (D), რომლის ბირთვში, პროტონის გარდა, არის კიდევ ერთი ნეიტრონი. ქიმიის თვალსაზრისით, მძიმე წყლის ფორმულა იგივეა, რაც მარტივი, H2O, მაგრამ ფიზიკოსებმა გააკეთეს კორექტირება და, შესაბამისად, ჩვეულებრივია ფორმულის დაწერა როგორც - D2O ან 2H2O. არსებობს მძიმე, ან მას ასევე "ზემძიმე" წყლის სხვა ვერსიაც - T2O არის ტრიტიუმის ოქსიდი, წყალბადის იზოტოპი.ბირთვში ორი ნეიტრონი (და სულ სამი ნუკლეონია, აქედან გამომდინარე „ტრიტიუმი“). მაგრამ სამიტ ii არის რადიოაქტიური და სამხედროგამოყენება ის, როგორც ნედლეული წყალბადის ბომბებისთვის(და შესაბამისად,საიდუმლო ყველაფერი რაც მასთან არის დაკავშირებული - ყოველი შემთხვევისთვის), ამიტომ ამ მასალაში არ ვისაუბრებთ ზემძიმე წყალზე.
რატომ არის მძიმე წყალი იმდენად ღირებული, რომ ის არამარტო იზოლირებულია უბრალო წყლისგან (და ეს, მერწმუნეთ, მთლიანობაა), არამედ ატარებენ ისე, როგორც დაწერილი ტომარას?
და მთელი საქმე იმ დამატებით ნეიტრონებშია, რომლებიც შეუერთდნენ პროტიუმის ბირთვებს. Თუგანიხილოს არა მთლიანად წყლის მოლეკულა, არამედ წყალბადის ატომებიცალკე , თურმე ორჯერ დამძიმდნენ! ერთი მეათედი კი არა, ორი! ანუ "უფრო მსუქანი“ გახდნენ ისინი, ტუფრო ჭკვიანი. და რადგან ისინი უფრო მსუქანი არიან, როგორც ყველა მსუქან ადამიანს, მათ არ სურთ ბევრი გადაადგილება. ისინი "ზარმაცები" არიან, არც თუ ისე აქტიურები პროტიუმთან შედარებით დაზუსტად ეს ისინი ხსნიან ყველა განსხვავებას თვისებებში მსუბუქ და მძიმე წყალს შორის.
დავიწყოთ ამ თვისებების სიით.
მძიმე წყალი არ აქვს სუნი და ფერი;ამ პარამეტრითმსუბუქი და მძიმე წყალიარ განასხვავებენ.
მისი დნობის წერტილი უფრო მაღალია, მძიმე წყლის ყინული იწყებს ფორმირებას უკვე 3,813 ° C ტემპერატურაზე.
ადუღებს ის უფრო მაღალ ტემპერატურაზეა - 101.43°C
მძიმე წყლის სიბლანტე 20%-ით აღემატება ჩვეულებრივ სიბლანტეს
სიმკვრივე - 1, 1042 გ/სმ3 25°C-ზე, რაც ასევე არ არის ბევრი, მაგრამ უფრო მაღალია ვიდრე ჩვეულებრივი წყლის სიმკვრივე.
ანუ ისინი შეიძლება გამოირჩეოდნენ თუნდაც პრიმიტიულ, ყოველდღიურ დონეზე. მაგრამ მძიმე წყალს ასევე აქვს ისეთი თვისებები, რომელთა განსაზღვრა ძნელია "სახლში სამზარეულოში". Მაგალითად:
მძიმე წყალი, მსუბუქი წყლისგან განსხვავებით, ძალიან ცუდად შთანთქავს ნეიტრონებს. და ამიტომ ის იდეალური მოდერატორია ნელი, "თერმული" ნეიტრონების ბირთვული რეაქციებისთვის.
არსებობს მისი სხვა სპეციფიკური თვისებები, მაგრამ ისინი სცილდებიან ფილისტიმური აღქმის ფარგლებს და ინტერესდებიან ძირითადად ვიწრო სპეციალისტებისთვის.ასე რომ, ჩვენ არც მათზე ვისაუბრებთ.
აბა, სად მდებარეობს, ეს "მძიმე წყალი"? სად არის ღირებული შინაარსის ეს ჯადოსნური წყარო? ღირებულია, რადგან კილოგრამი მძიმე წყალი ათას ევროზე მეტი ღირს.
მაგრამ არ არსებობს, ჯადოსნური წყარო! ის მდებარეობს… ყველგან.
საშუალოდ, ბუნებაში მძიმე და ჩვეულებრივი წყლის მოლეკულების შეფარდება არის 1:5500. თუმცა, ეს მნიშვნელობა არის „საავადმყოფოს საშუალო“; ზღვის წყალში მძიმე იზოტოპების შემცველობა უფრო მაღალია, მდინარის და წვიმის წყალში შესამჩნევად დაბალია. (1:3000-3500 vs 1:7000-7500). ასევე არსებობს ძლიერი ცვალებადობა კონცენტრაციებში, რაც დამოკიდებულია რეგიონისა და ლოკალიზაციის მიხედვით. ასევე არსებობს ცალკეული წყაროები (განცალკევებული რეგიონები), სადაც მძიმე წყლის კონცენტრაცია სცილდება მასშტაბებს და შედარებულია ჩვეულებრივი წყლის კონცენტრაციასთან.პროტიუმი , მაგრამ ეს არის გამონაკლისი შემთხვევები.
ერთი მხრივ, მძიმე წყლის სიმრავლე კურთხევაა. ის ფაქტიურად ყველგან, ნებისმიერ ჭიქაში შეგიძლიათ ნახოთ. მეორეს მხრივ, დაბალი კონცენტრაციახელს არ უწყობს იზოლირება მისი სუფთა სახით, ცალკეპროტიუმი . აქედან გამომდინარე, მისი მოპოვების მაღალი ღირებულება.
საინტერესოა მაგრამ მართალია: მეცნიერებმა, რომლებმაც აღმოაჩინეს მძიმე წყალი, მას განიხილეს როგორც სამეცნიერო ინციდენტი, რაღაც უმნიშვნელო, გვერდითი და გასართობი. ჰმის გამოყენებაში დიდი შესაძლებლობები ვერ დაინახა(სხვა სიტყვებით, ვიყოთ ობიექტურები, ასეთი ვითარება, მეცნიერული აღმოჩენებითყოველ ნაბიჯზე). და მხოლოდ რამდენიმე ხნის შემდეგ, სრულიად განსხვავებული მკვლევარების მიერ, აღმოაჩინეს მისი სამეცნიერო და სამრეწველო პოტენციალი.
"მძიმე წყალი" გამოიყენება:
ბირთვულ ტექნოლოგიებში;
ბირთვულ რეაქტორებში, ნეიტრონების შენელებისთვის და როგორც გამაგრილებელი;
როგორც იზოტოპის მიკვლევა ქიმიაში, ფიზიკაში, ბიოლოგიასა და ჰიდროლოგიაში;
როგორც ზოგიერთი ელემენტარული ნაწილაკების დეტექტორი;
საკმაოდ სავარაუდოა, რომ ქმოსალოდნელი მომავალიმძიმე წყალი იქნებაენერგიის უსასრულო წყარო მეცნიერები სერიოზულად განიხილავენ როგორ გამოიყენონდეიტერიუმი და როგორც საწვავიკონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმა.მაგრამ ეს მაინც ფანტაზიის სფეროდანაა, თუმცა წარმატებაამოცემული ველი უდაოა.
ქიმიკოსებს აინტერესებთ მძიმე წყალი იმიტომმისგან მიღებული დეიტერიუმი ადვილად განისაზღვრება მარტივი ლაბორატორიული მეთოდებით. და თუ თქვენ ასინთეზებთ მოცემულ ნივთიერებებს მისი დახმარებით, მთლიანად ჩაანაცვლებთ პროტიუმს დეიტერიუმით და შეუთავსებთ მათ სხვა, "ნორმალურ" ნივთიერებებს, შეგიძლიათ თვალყური ადევნოთ წყალბადის რომელი ატომს.რეაქციის დროსშევიდა იმ მოლეკულის შემადგენლობაში და რომელიც - სხვა. ანუ დეიტერიუმის დახმარებით ქიმიკოსები მოლეკულებს „მონიშნავენ“ და ხედავენ, როგორ მიმდინარეობს კონკრეტული რეაქციის მექანიზმი. და მერწმუნეთ, ამ მეთოდს უნდა ვუწოდოთ მას რევოლუციური - ერთ დროს მან გადააქცია მრავალი თეორეტიკოსის ცოდნა, რომლებმაც იცოდნენ "როგორ უნდა იყოს", აიძულა ისინი კვლავ და ისევ გადახედონ ბუნების კანონებს, ეპოვათ ახალი და ახალი მიზეზობრივი.საგამოძიებო ბმულებიააგეთ ახალი ჰიპოთეზები და თეორიები, რამაც, რა თქმა უნდა, მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა ქიმია, როგორც მეცნიერება..
თეორიული ქიმიისგან შორს უბრალო ერისკაცისთვის უფრო საინტერესოა, მაგრამ როგორ მოქმედებს მძიმე წყალი ადამიანზე და ზოგადად, ბიოლოგიურ სისტემებზე, როგორც ასეთზე? და ეს ძალიან სწორი ინტერესია. ცოცხალი ორგანიზმებისთვის მძიმე წყლისთვის შხამია!
მძიმე წყალი, განსხვავებითრბილი, თრგუნავს სიცოცხლისუნარიანობას პროცესები ყველა დონეზე. ბიოლოგები მას "მკვდარ წყალს" უწოდებენ . მისი თანდასწრებითქიმიური რეაქციები შენელებულიაბიოლოგიური პროცესები… TO მინიმუმ შეანელეთ. მათ შორის, მაგალითად, მიკრობების და ბაქტერიების რეპროდუქცია შენელდება და ჩერდება.
ძუძუმწოვრებზე ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ქსოვილებში წყალბადის 25% დეიტერიუმით ჩანაცვლება იწვევს უნაყოფობას, უფრო მაღალი კონცენტრაცია იწვევს ცხოველის სწრაფ სიკვდილს.ჰ ზოგიერთ მიკროორგანიზმს შეუძლია იცხოვროს 70% მძიმე წყალში) (პროტოზოვა) და თუნდაც სუფთა მძიმე წყალში (ბაქტერიები),მაგრამ ეს არის გამონაკლისები. ადამიანს შეუძლია დალიოს ერთი ჭიქა მძიმე წყალი ჯანმრთელობისთვის ხილული ზიანის გარეშე, მთელი დეიტერიუმი ორგანიზმიდან რამდენიმე დღეში მოიხსნება, მაგრამ მუდმივი გახანგრძლივებული ზემოქმედებით იწყება ქსოვილებში წყლის ჩანაცვლება, რის შემდეგაც ჩნდება უარყოფითი შედეგები.
როგორც ექსპერიმენტი, მეცნიერებმა სცადეს დალევა მძიმე წყლის თაგვები ავთვისებიანი სიმსივნეებით. კარგად დაიმახსოვრე ზღაპარიე და მკვდარი წყალი, სადაც მკვდარი ჭრილობებს კურნავს? და მათ წარმატებას მიაღწიეს - წყალი მართლაც მკვდარი აღმოჩნდა, სიმსივნეები განადგურდა! მართალია, თაგვებთან ერთად. ასევე მძიმე წყალიუარყოფითადმცენარეები. ექსპერიმენტულ ძაღლებს, ვირთხებსა და თაგვებს წყალი აძლევდნენ, რომლის მესამედი მძიმე წყლით შეიცვალა., თ მცირე ხნის შემდეგმათ აქვთდაიწყო მეტაბოლური დარღვევები, თირკმლის უკმარისობა. მძიმე წყლის პროპორციის მატებასთან ერთად ცხოველები დაიღუპნენ.
მაგრამ არის მონეტის მეორე მხარეც:პირიქით, შემცირება დეიტერიუმის შემცველობა ნორმაზე 25%-ით დაბალია წყალში, რომელსაც აძლევდნენ ცხოველებს, დადებითად იმოქმედებდა მათ განვითარებაზე: ღორებმა, ვირთხებმა და თაგვებმა შთამომავლობა გააჩინეს ჩვეულებრივზე მრავალჯერ უფრო მრავალრიცხოვანი და დიდი, დაკვერცხის წარმოება ქათმები გაორმაგდა.ანუ „მკვდარი წყლის“ გარდა მეცნიერებმა აღმოაჩინეს „ცოცხალი“ წყალი და ბავშვების ზღაპარი რეალობად იქცა.
როგორ ავიცილოთ თავიდან კონტაქტი „მკვდარ“ წყალთან და გავზარდოთ „ცოცხალი“-ს გამოყენება? Ალბათ არა. ეს და ეს გამოვა ინდუსტრიული მასშტაბით და გიჟური ფული დაჯდება. თუმცა, ყოველდღიურ ცხოვრებაში, მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ არ ვართ ძლიერები, ჩვენ შეგვიძლია გავლენა მოახდინოთ წყლის ხარისხზე, რომელსაც ვიყენებთ, მაგალითად, წვიმის წყალი.შეიცავს შესამჩნევად უფრო მძიმე წყალს, ვიდრე თოვლი. ასე რომ, „მისტიკურში »ექსპერიმენტები დნობის წყალთან და მის სხეულზე ზემოქმედება არც ისე მისტიკურია. ასევე შეიცავს მძიმე წყლის შემცველობასზღვა, ხოლო საპირისპირო ოსმოსით გაწმენდის პროცესში ის მხოლოდ გროვდება, რაც გასათვალისწინებელია გამწმენდი დანადგარების დაპროექტებისას. ცნობილია შემთხვევები, როდესაც მთელი რეგიონები გახდა ამ ფაქტის იგნორირების მსხვერპლი. ამ რეგიონებში მცხოვრები ხალხი რეგულარულად იყენებდა დეიტერიუმის მაღალი შემცველობის დემარილირებულ ზღვის წყალს, რის შედეგადაც ბევრი მცხოვრები მძიმე დაავადებით დაავადდა.
თუმცა ბუნებაში არაფერია ზედმეტი,და ნუ იქნებით ძალიან მკაცრი მძიმე წყალზე.შხამით დაარქვეს ან "უსარგებლო" უწოდეს. Ის არის მოითხოვს ჩვენგან განსაკუთრებულ ადეკვატურ დამოკიდებულებას, ყურადღებას დაშემდგომი შესწავლა, და ამას დიდი განსხვავება არ აქვს. დიდი სიმრავლისგანნივთიერებები რომელიც მეტ ყურადღებას მოითხოვს. ქიმია მეცნიერებაა, ამიტომ საკითხს მისი შესაძლებლობების მთელი არსენალით უნდა მიუდგეთ.
მ.აჯიევი
მძიმე წყალი ძალიან ძვირი და მწირია. თუმცა, თუ შესაძლებელი იქნება მისი მოპოვების იაფი და პრაქტიკული გზის პოვნა, მაშინ ამ იშვიათი რესურსის ფარგლები შესამჩნევად გაფართოვდება. შეიძლება გაიხსნას ახალი გვერდები ქიმიაში, ბიოლოგიაში და ეს არის ახალი მასალები, უცნობი ნაერთები და შესაძლოა სიცოცხლის მოულოდნელი ფორმები.
ბრინჯი. ერთი.
წყლის მოლეკულები მყარად არის დაკავშირებული ერთმანეთთან და ქმნიან სტაბილურ მოლეკულურ სტრუქტურას, რომელიც ეწინააღმდეგება ნებისმიერ გარე ზემოქმედებას, განსაკუთრებით თერმულ გავლენას. (ამიტომაც დიდი სითბო სჭირდება წყლის ორთქლად გადაქცევას.) წყლის მოლეკულურ სტრუქტურას აერთიანებს სპეციალური კვანტურ-მექანიკური ბმების ჩარჩო, რომელიც 1920 წელს ორმა ამერიკელმა ქიმიკოსმა ლატიმერმა და როდბუშმა დაასახელეს წყალბადის ბმებად. წყლის ყველა ანომალიური თვისება, მათ შორის უჩვეულო გაყინვის ქცევა, აიხსნება წყალბადის ბმების კონცეფციით.
ბუნებაში წყალი რამდენიმე ჯიშია. უბრალო, ან პროტიუმი (H 2 O). მძიმე, ან დეიტერიუმი (D 2 O). ზემძიმე, ან ტრიტიუმი (T 2 O), მაგრამ ის თითქმის არ არსებობს ბუნებაში. წყალი ასევე განსხვავდება ჟანგბადის იზოტოპური შემადგენლობით. საერთო ჯამში, მისი იზოტოპური ჯიშის სულ მცირე 18 არსებობს.
თუ წყლის ონკანს გავხსნით და ქვაბს გავავსებთ, მაშინ იქნება არა ერთგვაროვანი წყალი, არამედ მისი ნარევი. ამავდროულად, ძალიან ცოტა იქნება დეიტერიუმის „ჩანართები“ – დაახლოებით 150 გრამი ტონაზე. მძიმე წყალი ყველგანაა თურმე – ყოველ წვეთში! პრობლემა ისაა, როგორ მივიღოთ იგი. დღესდღეობით, მთელ მსოფლიოში, მისი მოპოვება დაკავშირებულია ენერგიის უზარმაზარ ხარჯებთან და ძალიან რთულ აღჭურვილობასთან.
ამასთან, არსებობს ვარაუდი, რომ ასეთი ბუნებრივი სიტუაციები შესაძლებელია პლანეტაზე დედამიწაზე, როდესაც მძიმე და ჩვეულებრივი წყალი ერთმანეთისგან გარკვეული დროით გამოეყოფა - D 2 O დაშლილი, "დაშლილი" მდგომარეობიდან გადადის კონცენტრირებულ მდგომარეობაში. მაშ, იქნებ არის მძიმე წყლის საბადოები? ჯერჯერობით ცალსახა პასუხი არ არსებობს: არცერთ მკვლევარს არ შეეხო ამ საკითხით ადრე.
და ამავდროულად, ცნობილია, რომ D 2 O-ს ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები სრულიად განსხვავდება H 2 0-ის, მისი მუდმივი თანამგზავრისგან. ამრიგად, მძიმე წყლის დუღილის წერტილი არის +101,4°C, ხოლო ის იყინება +3,81°C-ზე. მისი სიმკვრივე 10 პროცენტით მეტია, ვიდრე ჩვეულებრივი.
აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ მძიმე წყლის წარმოშობა, როგორც ჩანს, წმინდა ხმელეთისაა - მისი კვალი კოსმოსში არ არის ნაპოვნი. დეიტერიუმი წარმოიქმნება პროტიუმისგან კოსმოსური გამოსხივებისგან ნეიტრონის დაჭერის გამო. ოკეანეები, მყინვარები, ატმოსფერული ტენიანობა - ეს მძიმე წყლის ბუნებრივი „ქარხნებია“.
ბრინჯი. 2.ჩვეულებრივი და მძიმე წყლის სიმკვრივის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. წყლის ერთი და მეორე ჯიშის სიმკვრივის სხვაობა 10%-ს აღემატება და, შესაბამისად, შესაძლებელია პირობები, როდესაც გაციებისას მყარ მდგომარეობაში გადასვლა ხდება ჯერ მძიმე წყალში, შემდეგ კი ჩვეულებრივ წყალში. ნებისმიერ შემთხვევაში, ფიზიკა არ კრძალავს მყარი ფაზის უბნების გამოჩენას დეიტერიუმის მაღალი შემცველობით. დიაგრამაში ეს "მძიმე" ყინული შეესაბამება დაჩრდილულ ადგილს. თუ წყალი იყო "ნორმალური" და არა ანომალიური სითხე, მაშინ სიმკვრივის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე ექნებოდა წერტილოვანი ხაზით ნაჩვენები ფორმას.
ასე რომ, რადგან შესამჩნევი განსხვავებაა სიმკვრივეში D 2 O და H 2 O შორის, მაშინ ეს არის სიმკვრივე, ისევე როგორც აგრეგაციის მდგომარეობა, რომელიც შეიძლება იყოს ყველაზე მგრძნობიარე კრიტერიუმები შესაძლო მძიმე წყლის საბადოების ძიებაში - ყოველივე ამის შემდეგ, ეს კრიტერიუმები დაკავშირებულია გარემოს ტემპერატურასთან. და როგორც მოგეხსენებათ, პლანეტის მაღალ განედებში ყველაზე მეტად „კონტრასტულია“ გარემო.
მაგრამ ამ დროისთვის ჩამოყალიბდა მოსაზრება, რომ მაღალი განედების წყლები ღარიბია დეიტერიუმით. ამის მიზეზი იყო კანადის დიდი დათვის ტბიდან და სხვა ჩრდილოეთ წყალსაცავებიდან წყლისა და ყინულის ნიმუშების კვლევის შედეგები. ასევე იყო დეიტერიუმის შემცველობის რყევები წელიწადის სეზონების მიხედვით - ზამთარში, მაგალითად, მდინარე კოლუმბიაში ეს ნაკლებია, ვიდრე ზაფხულში. ნორმიდან ეს გადახრები დაკავშირებული იყო ნალექების განაწილების თავისებურებებთან, რომლებიც, როგორც ჩვეულებრივ ვარაუდობენ, დეიტერიუმს „ატარებენ“ პლანეტის გარშემო.
როგორც ჩანს, არცერთმა მკვლევარმა მაშინვე ვერ შეამჩნია ფარული წინააღმდეგობა ამ განცხადებაში. დიახ, ნალექები გავლენას ახდენს დეიტერიუმის განაწილებაზე პლანეტის წყლის ობიექტებში, მაგრამ ისინი გავლენას არ ახდენენ დეიტერიუმის წარმოქმნის გლობალურ პროცესზე!
როდესაც ჩრდილოეთში შემოდგომა მოდის, მდინარეებში იწყება წყლის მასის სწრაფი გაცივება, რომელიც აჩქარებს მუდმივი ყინვის გავლენის ქვეშ, ამავდროულად ხდება H 2 O მოლეკულების ასოციაცია. ბოლოს დგება მაქსიმალური სიმკვრივის კრიტიკული მომენტი. - წყლის ტემპერატურა ყველგან ოდნავ დაბალია + 4 ° С. შემდეგ კი ქვედა ზონაში ზოგიერთ რაიონში ფხვიერი წყალქვეშა ყინული ინტენსიურად იყინება.
ჩვეულებრივი ყინულისგან განსხვავებით, მას არ აქვს ჩვეულებრივი ბროლის ბადე, მას აქვს განსხვავებული სტრუქტურა. მისი კრისტალიზაციის ცენტრები განსხვავებულია: ქვები, ღობეები და სხვადასხვა დარღვევები, და არა აუცილებლად ფსკერზე დაწოლა და გაყინულ მიწასთან ასოცირებული. ფხვიერი ყინული ჩნდება ღრმა მდინარეებზე, მშვიდი - ლამინირებული დინებით.
წყალქვეშა ყინულის წარმოქმნა, როგორც წესი, მთავრდება ყინულის ფლორებით, რომლებიც ზედაპირზე ამოდის, თუმცა ამ დროს სხვა ყინული არ არის. წყალქვეშა ყინული ზოგჯერ ზაფხულში ჩნდება. ჩნდება კითხვა: რა არის ეს „წყალი წყალში“, რომელიც ცვლის აგრეგაციის მდგომარეობას, როდესაც მდინარეში დადგენილი ტემპერატურა ზედმეტად მაღალია იმისთვის, რომ ჩვეულებრივი H 2 O ყინულად გადაიქცეს, ასე რომ, როგორც ფიზიკოსები ამბობენ, ხდება ფაზური გადასვლა?
შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ფხვიერი ყინული წარმოადგენს მძიმე წყლის გამდიდრებულ კონცენტრაციას. სხვათა შორის, თუ ეს ასეა, მაშინ უნდა გახსოვდეთ, რომ მძიმე წყალი არ განსხვავდება ჩვეულებრივი წყლისგან, მაგრამ მისმა ორგანიზმში მოხმარებამ შეიძლება გამოიწვიოს ძლიერი მოწამვლა. სხვათა შორის, მაღალი განედების ადგილობრივი მაცხოვრებლები არ იყენებენ მდინარის ყინულს სამზარეულოსთვის - მხოლოდ ტბის ყინულს ან თოვლს.
მდინარეში D 2 O ფაზის გადასვლის „მექანიზმი“ ძალიან ჰგავს ქიმიკოსების მიერ ე.წ. კრისტალიზაციის სვეტებში. მხოლოდ ჩრდილოეთ მდინარეში, "სვეტი" გადაჭიმულია ასობით კილომეტრზე და არც ისე კონტრასტულია ტემპერატურით.
თუ გავითვალისწინებთ, რომ ასობით და ათასობით კუბური მეტრი წყალი მოკლე დროში გადის კრისტალიზაციის ცენტრებში, საიდანაც ის იქცევა ყინულად - იყინება - თუნდაც მეათასედი პროცენტი, მაშინ ეს საკმარისია იმაზე სასაუბროდ. მძიმე წყლის კონცენტრირების უნარი, შემდეგ არის დეპოზიტების წარმოქმნა.
მხოლოდ ასეთი კონცენტრაციების არსებობამ შეიძლება ახსნას დადასტურებული ფაქტი, რომ ზამთარში ჩრდილოეთ წყლის ობიექტებში დეიტერიუმის პროცენტული მაჩვენებელი საგრძნობლად მცირდება. დიახ, და პოლარული წყლები, როგორც ნიმუშებმა აჩვენა, ასევე ღარიბია დეიტერიუმით, ხოლო არქტიკაში, სავარაუდოა, რომ არის ადგილები, სადაც მხოლოდ დეიტერიუმით გამდიდრებული ყინული ცურავს, რადგან ფხვიერი ქვედა ყინული ჯერ ჩნდება და ბოლოს დნება.
უფრო მეტიც, კვლევებმა აჩვენა, რომ მყინვარები და ყინული მაღალ განედებზე ზოგადად უფრო მდიდარია მძიმე იზოტოპებით, ვიდრე ყინულის გარშემო არსებული წყლები. მაგალითად, სამხრეთ გრენლანდიაში, Dai-3 სადგურის მიდამოში, მყინვარების ზედაპირზე აღმოჩენილია იზოტოპური ანომალიები და ასეთი ანომალიების წარმოშობა ჯერ არ არის ახსნილი. ეს ნიშნავს, რომ დეიტერიუმით გამდიდრებული ყინულის ნაკადებიც შეიძლება შეგვხვდეს. საქმე, როგორც ამბობენ, მცირეა - თქვენ უნდა იპოვოთ მძიმე წყლის ეს ჯერ კიდევ ჰიპოთეტური საბადოები.
მ.აჯიევი, გეოგრაფი.
ინფორმაციის წყაროები:
- ლ.კულსკი, ვ.დალი, ლ.ლენჩინა. წყალი ნაცნობი და იდუმალია.
- კ .: "რადიანსკის სკოლა", 1982 წ. - მეცნიერება და ცხოვრება No10, 1988 წ.
