100 mmHg Arte. a 54°C
Água pesada Este termo é geralmente usado para se referir a água de hidrogênio pesado, também conhecido como óxido de deutério. A água de hidrogênio pesado tem a mesma fórmula química que a água comum, mas em vez de dois átomos do isótopo leve usual de hidrogênio (prótio), contém dois átomos do isótopo de hidrogênio pesado - deutério, e seu oxigênio na composição isotópica corresponde ao oxigênio do ar . A fórmula da água com hidrogênio pesado é geralmente escrita como D 2 O ou 2 H 2 O. Externamente, a água pesada parece comum - um líquido incolor sem sabor ou cheiro. Ela não é radioativa.
YouTube enciclopédico
1 / 5
✪ PEGUEI DEU E TENTEI ÁGUA PESADA!
✪ Propriedades únicas da água. Química é fácil.
✪ Fusão nuclear fria em um copo de água. Aquecimento barato, produção de hidrogênio de baixo custo.
✪ Ósmio - O METAL MAIS PESADO DA TERRA!
✪ Galileu. Água seca (parte 1)
Legendas
Histórico de descobertas
Moléculas de água de hidrogênio pesado foram descobertas pela primeira vez em água natural por Harold Urey em 1932, pelo qual o cientista recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1934. E já em 1933, Gilbert Lewis isolou água de hidrogênio puro e pesado. Durante a eletrólise da água comum, que contém, juntamente com as moléculas de água comuns, uma quantidade insignificante de moléculas de água pesadas (D 2 O) e semipesadas (HOD) formadas pelo isótopo pesado de hidrogênio, o resíduo é gradualmente enriquecido com moléculas desses compostos. De tal resíduo, após eletrólise repetida, Lewis em 1933 pela primeira vez conseguiu isolar uma pequena quantidade de água, consistindo quase 100% das moléculas do composto de oxigênio com deutério e chamado pesado. Este método de produção de água pesada continua sendo o principal hoje, embora seja usado principalmente no estágio final de enriquecimento de 5-10% a >99% (veja abaixo).
Após a descoberta da fissão nuclear no final de 1938 e a percepção da possibilidade de usar reações de fissão nuclear em cadeia induzidas por nêutrons, surgiu a necessidade de um moderador de nêutrons - uma substância que pode efetivamente desacelerar os nêutrons sem perdê-los nas reações de captura. Os nêutrons são mais efetivamente moderados por núcleos leves, e os núcleos comuns de hidrogênio (prótio) deveriam ter sido o moderador mais eficaz, mas eles têm uma alta seção de choque de captura de nêutrons. Pelo contrário, o hidrogênio pesado captura muito poucos nêutrons (a seção de choque de captura de nêutrons térmicos para o prótio é mais de 100 mil vezes maior do que para o deutério). Tecnicamente, o composto de deutério mais conveniente é a água pesada, e também pode servir como refrigerante, removendo o calor liberado da área onde ocorre a reação em cadeia de fissão. Desde os primeiros dias da energia nuclear, a água pesada tem sido um ingrediente importante em alguns reatores, tanto geradores de energia quanto aqueles projetados para produzir isótopos de plutônio para armas nucleares. Esses chamados reatores de água pesada têm a vantagem de poder operar em urânio natural (não enriquecido) sem o uso de moderadores de grafite, que durante a fase de descomissionamento podem apresentar risco de explosão de poeira e conter radioatividade induzida (carbono-14 e vários de outros radionuclídeos). No entanto, a maioria dos reatores modernos usa urânio enriquecido com "água leve" normal como moderador, apesar da perda parcial de nêutrons moderados.
Produção de água pesada na URSS
A produção industrial e o uso de água pesada começaram com o desenvolvimento da energia nuclear. Na URSS, durante a organização do Laboratório nº 3 da Academia de Ciências da URSS (), o gerente de projeto A. I. Alikhanov foi encarregado de criar um reator de água pesada. Isso levou à necessidade de água pesada, e o conselho técnico do Comitê Especial sob o Conselho de Comissários do Povo da URSS desenvolveu um projeto de Decreto do Conselho de Comissários do Povo da URSS "Sobre a construção de instalações semi-industriais para a produção do produto 180", o trabalho na criação de instalações produtivas de água pesada foi confiado ao chefe do projeto nuclear B. L. Vannikov, Comissário do Povo da indústria química M. G. Pervukhin, representante da Comissão de Planejamento Estatal N. A. Borisov, Comissário do Povo para a Construção da URSS S. Z. Ginzburg, Comissário do Povo de Engenharia Mecânica e Instrumentação da URSS P. I. Parshin e Comissário do Povo da Indústria do Petróleo da URSS N. K. Baibakov. M. O. Kornfeld, chefe do setor do laboratório nº 2 da Academia de Ciências da URSS, tornou-se o consultor-chefe em questões de água pesada.
Propriedades
Comparação das propriedades da água comum e pesada
| Parâmetro | D2O | HDO | H2O |
|---|---|---|---|
| Ponto de fusão (°C) | 3,82 | 0,00 | |
| Ponto de ebulição (°C) | 101,42 | 100,7 | 100,00 |
| Densidade (g/cm³, a 20°C) | 1,1056 | 1,054 | 0,9982 |
| Temperatura máxima densidade (°C) |
11,6 | 4,0 | |
| Viscosidade (centipoise, a 20 °C) | 1,25 | 1,1248 | 1,005 |
| Tensão superficial (dina cm, a 25°C) |
71,87 | 71,93 | 71,98 |
| Diminuição molar no volume após a fusão (cm³/mol) |
1,567 | 1,634 | |
| Calor de fusão molar (kcal/mol) | 1,515 | 1,436 | |
| Calor molar de vaporização (kcal/mol) | 10,864 | 10,757 | 10,515 |
| (a 25°C) | 7,41 | 7,266 | 7,00 |
Estar na natureza
Em águas naturais, um átomo de deutério é responsável por 6.400 ... 7.600 átomos de prótio. Quase tudo está na composição de moléculas de DHO, uma dessas moléculas cai em 3200 ... 3800 moléculas de água leve. Apenas uma parte muito pequena dos átomos de deutério forma moléculas de água pesada D 2 O, uma vez que a probabilidade de dois átomos de deutério se encontrarem em uma molécula na natureza é pequena (cerca de 0,5⋅10 −7). Com um aumento artificial na concentração de deutério na água, essa probabilidade aumenta.
Papel biológico e impacto fisiológico
A água pesada é apenas ligeiramente tóxica, as reações químicas em seu ambiente são um pouco mais lentas em comparação com a água comum, as ligações de hidrogênio envolvendo deutério são um pouco mais fortes que o normal. Experimentos em mamíferos (camundongos, ratos, cães) mostraram que a substituição de 25% de hidrogênio nos tecidos por deutério leva à esterilidade, às vezes irreversível. Concentrações mais altas levam à morte rápida do animal; assim, os mamíferos que beberam água pesada por uma semana morreram quando metade da água em seu corpo foi deuterada; peixes e invertebrados morrem apenas com 90% de deuteração de água no corpo. Os mais simples são capazes de se adaptar a uma solução de 70% de água pesada, e algas e bactérias são capazes de viver mesmo em água pesada pura. Uma pessoa pode beber vários copos de água pesada sem danos visíveis à saúde, todo o deutério será removido do corpo em poucos dias.
Assim, a água pesada é muito menos tóxica do que, por exemplo, o sal de mesa. A água pesada tem sido usada para tratar a hipertensão arterial em humanos em doses diárias variando de 10 a 675 g D 2 O por dia.
O corpo humano contém como impureza natural tanto deutério quanto 5 gramas de água pesada; este deutério está incluído principalmente nas moléculas de água semi-pesadas HDO, bem como em todos os outros compostos biológicos que contêm hidrogênio.
Alguma informação
A água pesada se acumula no restante do eletrólito durante a eletrólise repetida da água. Ao ar livre, a água pesada absorve rapidamente os vapores da água comum, então podemos dizer que é higroscópica. A produção de água pesada é muito intensiva em energia, por isso seu custo é bastante alto. Em 1935, imediatamente após a descoberta da água pesada, seu preço era de aproximadamente US$ 19 por grama). Actualmente, a água pesada com um teor de deutério de 99 at.%, vendida por fornecedores de reagentes químicos, custa cerca de 1 euro por grama por 1 kg, mas este preço refere-se a um produto com qualidade controlada e garantida do reagente químico; com requisitos de qualidade mais baixos, o preço pode ser uma ordem de magnitude menor.
Inscrição
A propriedade mais importante da água de hidrogênio pesada é que ela praticamente não absorve nêutrons, por isso é usada em reatores nucleares para moderar nêutrons e como refrigerante. Também é usado como indicador isotópico em química, biologia e hidrologia, fisiologia, agroquímica, etc. (incluindo experimentos com organismos vivos e estudos de diagnóstico humano). Na física de partículas, a água pesada é usada para detectar neutrinos; Assim, o maior detector solar de neutrinos SNO (Canadá) contém 1000 toneladas de água pesada.
O deutério é um combustível nuclear para a energia do futuro, baseado na fusão termonuclear controlada. Nos primeiros reatores de potência deste tipo, é suposto realizar a reação D + T → 4 He + n + 17,6 MeV .
Em alguns países (por exemplo, na Austrália), a circulação comercial de água pesada é colocada sob restrições estatais, o que está associado à possibilidade teórica de usá-la para criar reatores de urânio natural "não autorizados" adequados para produzir plutônio para armas.
Outros tipos de água pesada
água semi-pesada
Há também água semi-pesada (também conhecida como água de deutério, água monodeutério, hidróxido de deutério), em que apenas um átomo de hidrogênio é substituído por deutério. A fórmula para tal água é escrita da seguinte forma: DHO ou ²HHO. Deve-se notar que a água com a composição formal DHO, devido às reações de troca isotópica, consistirá na verdade em uma mistura de moléculas de DHO, D 2 O e H 2 O (numa proporção de aproximadamente 2:1:1). Esta observação também é válida para THO e TDO.
Água super pesada
A água superpesada contém trítio, que tem uma meia-vida de mais de 12 anos. De acordo com suas propriedades, a água superpesada ( T2O) difere ainda mais do habitual: ferve a 104 °C, congela a +9 °C e tem uma densidade de 1,21 g/cm³. Todas as nove variantes de água superpesada são conhecidas (ou seja, obtidas na forma de amostras macroscópicas mais ou menos puras): THO, TDO e T 2 O com cada um dos três isótopos de oxigênio estáveis (16 O, 17 O e 18 O) . Às vezes, a água superpesada é simplesmente chamada de água pesada, a menos que isso possa causar confusão. A água superpesada tem uma alta radiotoxicidade.
Modificações de isótopos de oxigênio pesados da água
Prazo água pesada também são usados em relação à água oxigenada pesada, na qual o oxigênio leve usual 16 O é substituído por um dos isótopos pesados estáveis 17 O ou 18 O. Os isótopos pesados de oxigênio existem em uma mistura natural, portanto, na água natural há sempre uma mistura de ambas as modificações de oxigênio pesado. Suas propriedades físicas também diferem um pouco das da água comum; então, o ponto de congelamento de 1 H 2 18 O é +0,28 ° C.
A água oxigenada pesada, em particular, 1 H 2 18 O, é usada no diagnóstico de doenças oncológicas (o isótopo de flúor-18 é obtido no ciclotron, que é usado para sintetizar medicamentos para o diagnóstico de doenças oncológicas, em particular 18-fdg).
Número total de modificações isotópicas de água
Se contarmos todos os possíveis não radioativo compostos com a fórmula geral H 2 O, então o número total de possíveis modificações isotópicas da água é de apenas nove (uma vez que existem dois isótopos estáveis de hidrogênio e três de oxigênio).
Muitas pessoas se perguntam o que exatamente é mais leve no ambiente: água ou gelo? Afinal, gelo é água congelada e, se você olhar de um ponto de vista diferente, o líquido é uma massa de gelo derretida. Tudo em nosso mundo pode ser virado de cabeça para baixo e apresentado de tal forma que qualquer processo ocorra nos dois sentidos. Mas, continuando a conversa sobre gravidade e, consequentemente, densidade, deve-se notar que em muitos aspectos ela deve seu pequeno peso ao ar comum.
Segredos do Gelo
Não há necessidade de adivinhar: o motivo está nas pequenas cavidades que ocorrem quando a água congela. Essas cavidades são preenchidas com ar comum e isso dá ao gelo menos peso. Um fenômeno muito útil, mas não só por isso, as camadas de gelo são mais leves. Não faz muito tempo, falamos sobre o fato de que a maior densidade da água em condições normais é alcançada a uma temperatura de 4 graus Celsius. Isso significa que a temperatura zero da água dá uma densidade menor, ou seja, um volume maior. É por esta razão (porque o gelo não pode se formar em temperaturas superiores a 0) que os pedaços de gelo flutuam.
Tudo interessante é simples
Como você pode contar mais sobre esse fenômeno interessante? Então, imagine um processo que ocorre na água. Este processo é chamado de convecção: a troca de energia através de filamentos. Existem correntes e gotas mesmo em águas estagnadas, você não pode fugir delas, e mesmo os cientistas modernos ainda não conseguiram descobrir o que exatamente está por trás da natureza do movimento da água. Portanto, a troca de energias prossegue constantemente. Se houver uma troca de energia, a temperatura também muda. Somando a isso a mudança de densidade, temos que a água, que tem uma densidade maior, afunda para o fundo. Mas ela não pode congelar, porque está quente demais para isso.
Assim, um menos denso, ou seja, aquele que já passou do ponto de +4 graus e se aproxima de zero, avança para o assento vago. Esta água tem todas as chances de congelar. Assim, as principais características mostram e comprovam que a água é mais densa e mais pesada, e o gelo é mais leve. Em primeiro lugar, é a presença de bolhas de ar ou algum tipo de gás (afinal, tanto o ar quanto um único gás podem congelar). Em segundo lugar, baixa densidade e, como resultado, um volume maior. Juntos, isso dá apenas uma densidade ligeiramente menor.
E se as massas de gelo são mais leves que o mesmo volume de água, então não muito. Imagine uma diferença de apenas dez por cento. Um pedaço de gelo pode ter um grande número de cavidades, mas seu volume total será muito pequeno. Pode-se imaginar que, se um iceberg flutua na água, 90% da massa total do iceberg está escondida sob a borda da água. Volumes e pesos incríveis, que às vezes parecem simplesmente fantásticos. E, no entanto, esses objetos flutuam.
Quando há sal na água
Tudo isso se aplica à água doce. O que dizer sobre salgado? Ela é . Normalmente indicam algo de -3,2 a -3,5 graus. Acontece que, neste caso, quando se torna maior devido ao sal e ao congelar, as massas de gelo rejeitam parcialmente o sal quase no nível molecular, então a diferença de densidades se torna muito mais significativa. E já não é dez por cento, mas chega a quase vinte. Ou seja, se você pegar o mesmo iceberg, 20% de sua massa estará acima da água e 80% estará debaixo d'água.
Como muito depende da composição da água, nem sempre é possível dizer de forma rápida e objetiva o quanto mais leve é o volume de gelo. Mas mesmo sem um estudo aprofundado, podemos dizer com segurança que a umidade é sempre mais pesada, caso contrário, os icebergs subaquáticos muitas vezes se deparam no Ártico hoje.
Um litro é uma unidade de volume para substâncias líquidas. Também é permitido medir sólidos a granel com uma fração suficientemente fina em litros. Para outros sólidos, é usado o conceito de metro cúbico (decímetro, centímetro). A definição do termo e conceito de litro foi formulada pela Conferência Geral de Pesos e Medidas em 1901. A definição é a seguinte: 1 litro é o volume de um quilograma de água doce pura a uma pressão atmosférica de 760 mm Hg e uma temperatura de +3,98 ° C. A esta temperatura, a água atinge a sua maior densidade.
Vapor, água e gelo são estados da mesma substância, cuja molécula contém dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. A diferença entre água líquida e água sólida está nas características das construções intermoleculares. A água tem uma densidade maior em um líquido do que em um sólido.
Tendo cruzado o limite de temperatura de +3,98°C, a densidade da água começa novamente a diminuir e, a +8°C, atinge novamente os mesmos valores que em zero.
O que é mais difícil?
Se, por exemplo, a água for despejada em um vaso, ela terá um volume igual a um litro. Se você congelar essa água, então com a mesma massa de 1 kg, a água, congelando, tenderá a ocupar mais espaço no recipiente. Uma embarcação fechada, limitada a uma capacidade de 1 sq. dm (1 litro), o gelo se quebrará. Acontece que com a mesma massa de água líquida e congelada, o gelo terá um volume maior, o que violará a condição original.
Se procedermos inicialmente da igualdade de volumes e limitarmos a água congelada - um pedaço de gelo - ao tamanho de um cubo com um lado igual a 1 dm (1 l), sua massa se tornará menor que o quilograma original. Como poderia ser de outra forma se você cortar e remover um pouco do gelo, ajustando o cubo a um determinado volume. Portanto, a água no volume de um litro é mais pesada que o gelo no mesmo volume.
Se você congelar um litro com 1.000 ml de água (1 litro), aproximadamente 80 ml de água serão derramados durante o processo de endurecimento. E para obter 1 litro de gelo, basta congelar 920 ml de água.
Congelar e restaurar
Hoje é cada vez mais difícil encontrar água pura e natural. Principalmente nas condições da cidade, onde, antes de entrar no apartamento, ele é filtrado, clorado e submetido a outros tipos de tratamento físico e químico. A água potável está se tornando escassa, o custo da água produzida a partir de poços artesianos está crescendo. No entanto, a água, ao que parece, restaura sua estrutura e energia originais após o congelamento - é purificada. Portanto: beba água derretida! Não é à toa que todas as plantas reagem tão bem a ela na primavera e os animais bebem com prazer.
A incrível capacidade do gelo de flutuar e flutuar na superfície da água é explicada por nada mais do que propriedades físicas elementares, que são estudadas no curso do ensino fundamental e médio. Sabe-se com certeza que as substâncias tendem a se expandir quando aquecidas, como o mercúrio em um termômetro, e a água também congela e aumenta de volume quando a temperatura cai, formando uma crosta de gelo na superfície dos reservatórios.
O aumento do volume de água congelada costuma ser uma piada cruel para quem esquece os recipientes de líquido no frio. A água literalmente quebra o recipiente.
A opinião de que poros microscópicos cheios de ar aparecem na camada de gelo recém-formada não é errônea, mas não pode explicar adequadamente o fato da ascensão. De acordo com os princípios derivados e formulados pelo antigo cientista grego, mais tarde chamado de lei de Arquimedes, corpos que estão imersos em um líquido são empurrados para fora dele com uma força igual às características de peso do líquido deslocado por esse corpo .
física da água
Sabe-se com certeza que o gelo é cerca de um décimo mais leve que a água, razão pela qual os icebergs gigantes estão submersos no oceano em cerca de nove décimos de seu volume total e são visíveis apenas por uma pequena fração. Esses pesos são explicados pelas propriedades da rede cristalina, que, como se sabe, não possui uma estrutura ordenada na água e é caracterizada pelo constante movimento e colisão de moléculas. Isso explica a maior densidade da água em relação ao gelo, cujas moléculas sob a influência de baixas temperaturas apresentam baixa mobilidade e um pequeno componente de energia e, consequentemente, menor densidade.
Sabe-se também que a água tem densidade e peso máximos a uma temperatura igual a 4 ° C, uma diminuição adicional leva à expansão e à diminuição do índice de densidade, o que explica as propriedades do gelo. É por isso que nos reservatórios, a água pesada de quatro graus desce para o fundo, permitindo que a água mais fria suba e se transforme em gelo que não afunda.
O gelo tem propriedades específicas, por exemplo, é resistente a elementos estranhos, tem baixa reatividade, distingue-se pela mobilidade dos átomos de hidrogênio e, portanto, tem baixa resistência ao escoamento.
É claro que essa propriedade é fundamental para a preservação da vida na Terra, pois se o gelo tivesse a capacidade de afundar sob a coluna d'água, com o passar do tempo, após a diminuição da temperatura, todos os corpos d'água da Terra poderiam ser preenchidos com camadas constantemente formado na superfície do gelo, o que levaria a um desastre natural e ao completo desaparecimento da flora e fauna dos corpos d'água do próprio equador para os pólos opostos.
e como ele difere de fácil.
Muitos já ouviram falar da existência de algum tipo de “água pesada”, mas poucas pessoas sabem por que ela é chamada de pesada e onde essa substância fabulosa está localizada em geral. O objetivo deste material é esclarecer a situação, e da mesma forma explicar que nada perigoso e fabuloso em águas pesadas Não , e que está presente em pequenas quantidades em quase todas as águas comuns, incluindo aquelas que bebemos todos os dias.
"Água pesada" é realmente pesada em relação à água comum. Não muito, cerca de um décimo em peso, mas o suficiente para alterar as propriedades dessa água. E sua “gravidade” reside no fato de que, em vez de “hidrogênio leve”, ou prótio, 1H, as moléculas dessa água contêm um isótopo pesado hidrogênio 2H, ou deutério (D), no núcleo do qual, além do próton, há também mais um nêutron. Do ponto de vista da química, a fórmula da água pesada é a mesma da simples, H2O, mas os físicos fizeram ajustes e, portanto, costuma-se escrever a fórmula como - D2O ou 2H2O. Existe outra versão de água pesada, ou também chamada de água "superpesada" - T2O é óxido de trítio, um isótopo de hidrogênio comdois nêutrons no núcleo (e há três nucleons no total, daí "trítio"). Mas três t ii é radioativo, e os militares usar como matéria-prima para bombas de hidrogênio(e correspondentemente, segredo tudo relacionado a isso - apenas no caso), então não falaremos sobre água superpesada neste material.
Por que a água pesada é tão valiosa que não é apenas isolada da água simples (e isso, acredite, é uma coisa toda), mas também usada como um saco escrito?
E o ponto principal está nos nêutrons adicionais que se juntaram aos núcleos de prótio. Se um considerar não uma molécula de água como um todo, mas átomos de hidrogênio separadamente , verifica-se que eles se tornaram duas vezes mais pesados! Não um décimo, mas dois! Ou seja, " mais gordos" eles se tornaram, tmais esperto. E como eles são mais gordos, como todas as pessoas obesas, elas não querem se mexer muito. Eles são "preguiçosos", pouco ativos em comparação com o prótio, e exatamente isso eles explicam todas as diferenças de propriedades entre água leve e pesada.
Vamos começar com uma lista dessas propriedades.
Água pesada não tem cheiro nem cor;por este parâmetroágua leve e pesada não distinguir.
Seu ponto de fusão é mais alto, gelo de água pesada começa a se formar já a uma temperatura de 3.813 ° C
furúnculos está em uma temperatura mais alta - 101,43°C
A viscosidade da água pesada é 20% maior do que a viscosidade da água comum
Densidade - 1, 1042 g/cm3 a 25°C, o que também não é muito, mas mais alto que a densidade da água comum.
Ou seja, eles podem ser distinguidos mesmo em um nível primitivo e cotidiano. Mas a água pesada também tem propriedades difíceis de definir "em casa na cozinha". Por exemplo:
A água pesada, ao contrário da água leve, absorve muito mal os nêutrons. E, portanto, é um moderador ideal para reações nucleares em nêutrons "térmicos" lentos.
Existem outras propriedades específicas dele, mas elas vão além do escopo da percepção filistéia e interessam principalmente a especialistas estreitos., então não vamos falar sobre eles também.
Bem, onde fica essa "água pesada"? Onde está essa fonte mágica de conteúdo valioso? Valioso, porque um quilo de água pesada custa mais de mil euros.
Mas não há nenhuma, uma fonte mágica! Ele está localizado… Em todos os lugares.
Em média, a proporção de moléculas de água pesadas e comuns na natureza é de 1:5500. No entanto, esse valor é "média hospitalar"; na água do mar, o teor de isótopos pesados é maior, na água do rio e da chuva é visivelmente menor. (1:3000-3500 vs 1:7000-7500). Há também uma forte variação nas concentrações dependendo da região e localidade. Existem também fontes separadas (regiões separadas) onde a concentração de água pesada sai de escala e é comparável à concentração de água comum prótio , mas estes são casos excepcionais.
Por um lado, a abundância de água pesada é uma bênção. Ele pode ser encontrado literalmente em todos os lugares, em qualquer vidro. Por outro lado, a baixa concentração não contribui isolando-o em sua forma pura, separado de prótio . Daí o alto custo para obtê-lo.
Interessante, mas verdadeiro: cientistas que descobriram a água pesada a trataram como um incidente científico, algo insignificante, lateral e divertido. Hnão viu grandes oportunidades em sua aplicação(em outras palavras, vamos ser objetivos, tal situação, com descobertas científicas a cada passo). E só algum tempo depois, por pesquisadores completamente diferentes, seu potencial científico e industrial foi descoberto.
"Água pesada" é usado:
Em tecnologias nucleares;
Em reatores nucleares, para desacelerar nêutrons e como refrigerante;
Como traçador de isótopos em química, física, biologia e hidrologia;
Como detector de algumas partículas elementares;
É bem provável que emfuturo previsívelágua pesada vai fonte infinita de energia cientistas estão considerando seriamente como usar deutério e como combustível parafusão termonuclear controlada.Mas isso ainda é do reino da fantasia, embora o sucesso seja dado campo são inegáveis.
Os químicos estão interessados em água pesada porqueo deutério obtido a partir dele é facilmente determinado por métodos laboratoriais simples. E se você sintetizar as substâncias dadas com sua ajuda, substituindo completamente o prótio por deutério e as combinando com outras substâncias “normais”, poderá rastrear qual átomo de hidrogêniodurante a reaçãoentrou na composição dessa molécula, e qual - outra. Ou seja, com a ajuda do deutério, os químicos “marcam” as moléculas e veem como se processa o mecanismo de uma determinada reação. E acredite, esse método vale a pena chamá-lo de revolucionário - uma vez transformou o conhecimento de muitos teóricos que sabiam “como deveria ser”, forçando-os a revisar as leis da natureza repetidamente, encontrando novas e novas causas causais.links investigativos, construir novas hipóteses e teorias, que, é claro, avançaram muito a química como ciência.
É mais interessante para um simples leigo longe da química teórica, mas como a água pesada afeta uma pessoa e, em geral, os sistemas biológicos como tal? E este é um interesse muito correto. Pois a água pesada para os organismos vivos é um VENENO!
Água pesada, ao contrário leve, deprime a vitalidade processos em todos os níveis. Os biólogos chamam isso de “água morta” . Na presença delareações químicas são retardadasprocessos biológicos… PARA pelo menos desacelerar. Incluindo, por exemplo, a reprodução de micróbios e bactérias diminui e pára.
Experimentos em mamíferos mostraram que a substituição de 25% do hidrogênio nos tecidos por deutério leva à esterilidade, concentrações mais altas levam à morte rápida do animal. H alguns microrganismos são capazes de viver em 70% de água pesada) (protozoários) e até mesmo em água pesada pura (bactérias), mas estas são exceções. Uma pessoa pode beber um copo de água pesada sem danos visíveis à saúde, todo o deutério será removido do corpo em poucos dias, mas com exposição prolongada constante, começa a reposição de água nos tecidos, após o que aparecem consequências negativas.
Como experimento, os cientistas tentaram beber água pesada de camundongos com tumores malignos. Bem, lembre-se do conto de vividamenteº e água morta, onde os mortos curam as feridas? E eles conseguiram - a água estava realmente morta, os tumores destruídos! Verdade, junto com ratos. Além disso, a água pesadaut negativamente em plantas. Cães experimentais, ratos e camundongos receberam água, um terço da qual foi substituída por água pesada., h depois de pouco tempoeles têmcomeçado distúrbio metabólico, insuficiência renal. Com o aumento da proporção de água pesada, os animais morreram.
Mas há também o outro lado da moeda: vice-versa, diminuir o teor de deutério 25% abaixo do normal na água que foi dada aos animais teve um efeito benéfico em seu desenvolvimento: porcos, ratos e camundongos deram à luz descendentes muitas vezes mais numerosos e maiores do que o habitual, e produção de ovos as galinhas dobraram.Ou seja, além da "água morta", os cientistas descobriram a água "viva", e o conto de fadas infantil se tornou realidade.
Como evitar o contato com a água “morta” e aumentar o uso da “viva”? Provavelmente não. Tanto isso como aquilo sairão em escala industrial e custarão muito dinheiro. No entanto, no dia-a-dia, embora não sejamos fortes, podemos influenciar a qualidade da água que utilizamos. Por exemplo, a água da chuva contém visivelmente mais água pesada do que neve. Assim, na "mística »experimentos com água derretida e seu efeito no corpo não é tão místico. Há também um maior teor de água pesada emmar, e no processo de dessalinização por osmose reversa, apenas se acumula, o que deve ser levado em consideração ao projetar plantas de dessalinização. São conhecidos casos em que regiões inteiras foram vítimas do desconhecimento desse fato. As pessoas que vivem nessas regiões usavam regularmente água do mar dessalinizada com alto teor de deutério, o que fez com que muitos moradores adoecessem com doenças graves.
No entanto não há nada supérfluo na natureza,E não seja muito duro com a água pesada., marcando-a com veneno ou chamando-a de "inútil". Ela é exige de nós uma atitude especial e adequada, atenção eum estudo mais aprofundado, e isso não faz muita diferença. da grande multidãosubstâncias que requerem mais atenção. A química é uma ciência, então você precisa abordar a questão com todo o arsenal de suas capacidades.
M. ADZHIEV
A água pesada é muito cara e escassa. No entanto, se for possível encontrar uma maneira barata e prática de obtê-lo, o escopo desse recurso raro se expandirá visivelmente. Novas páginas podem ser abertas em química, biologia, e estes são novos materiais, compostos desconhecidos e talvez formas de vida inesperadas.
Arroz. 1.
As moléculas de água estão firmemente ligadas umas às outras e formam uma estrutura molecular estável que resiste a quaisquer influências externas, em particular as térmicas. (É por isso que é preciso muito calor para transformar água em vapor.) A estrutura molecular da água é mantida unida por uma estrutura de ligações mecânicas quânticas especiais, denominadas em 1920 por dois químicos americanos Latimer e Rodebush como ligações de hidrogênio. Todas as propriedades anômalas da água, incluindo o comportamento incomum de congelamento, são explicadas em termos do conceito de ligações de hidrogênio.
A água na natureza vem em várias variedades. Simples, ou prótio (H 2 O). Pesado, ou deutério (D 2 O). Superpesado, ou trítio (T 2 O), mas está quase ausente na natureza. A água também difere na composição isotópica do oxigênio. No total, existem pelo menos 18 de suas variedades isotópicas.
Se abrirmos a torneira da água e enchermos a chaleira, não haverá água homogênea, mas sua mistura. Ao mesmo tempo, haverá muito poucas "inclusões" de deutério - cerca de 150 gramas por tonelada. Acontece que a água pesada está em toda parte - em cada gota! O problema é como tomá-lo. Hoje em dia, em todo o mundo, a sua extração está associada a enormes custos energéticos e equipamentos muito complexos.
No entanto, há uma suposição de que tais situações naturais são possíveis no planeta Terra quando a água pesada e comum se separa por algum tempo - D 2 O de um estado disperso e "dissolvido" passa para um concentrado. Então, talvez haja depósitos de água pesada? Até agora, não há uma resposta inequívoca: nenhum dos pesquisadores lidou com essa questão antes.
E, ao mesmo tempo, sabe-se que as propriedades físico-químicas do D 2 O são completamente diferentes das do H 2 0, seu companheiro constante. Assim, o ponto de ebulição da água pesada é +101,4°C e congela a +3,81°C. Sua densidade é 10 por cento maior do que a do comum.
Deve-se notar também que a origem da água pesada, aparentemente, é puramente terrestre - nenhum vestígio dela foi encontrado no espaço. O deutério é formado a partir do prótio devido à captura de um nêutron da radiação cósmica. Os oceanos, geleiras, umidade atmosférica - essas são as "fábricas" naturais de água pesada.
Arroz. 2. A dependência da densidade da água comum e pesada da temperatura. A diferença na densidade de uma e de outras variedades de água excede 10% e, portanto, as condições são possíveis quando a transição para um estado sólido após o resfriamento ocorre primeiro em água pesada e depois em água comum. De qualquer forma, a física não proíbe o aparecimento de áreas da fase sólida com alto teor de deutério. Este gelo "pesado" no diagrama corresponde à área sombreada. Se a água fosse um líquido "normal" em vez de um líquido anômalo, então a dependência da densidade da temperatura teria a forma mostrada pela linha pontilhada.
Assim, como há uma diferença notável de densidade entre D 2 O e H 2 O, então é a densidade, bem como o estado de agregação, que pode servir como critério mais sensível na busca de possíveis depósitos de água pesada - afinal, esses critérios estão associados à temperatura ambiente. E como você sabe, o ambiente é mais "contraste" nas altas latitudes do planeta.
Mas agora se formou a opinião de que as águas das altas latitudes são pobres em deutério. A razão para isso foram os resultados de estudos de amostras de água e gelo do Lago Great Bear, no Canadá, e de outros reservatórios do norte. Também houve flutuações no conteúdo de deutério de acordo com as estações do ano - no inverno, por exemplo, no rio Columbia é menor do que no verão. Esses desvios da norma estavam associados às peculiaridades da distribuição da precipitação, que, como comumente se supõe, “carrega” deutério ao redor do planeta.
Parece que nenhum dos pesquisadores percebeu imediatamente a contradição oculta nessa afirmação. Sim, a precipitação afeta a distribuição do deutério nos corpos d'água do planeta, mas não afeta o processo global de formação do deutério!
Quando o outono chega ao Norte, inicia-se um rápido resfriamento da massa de água nos rios, que se acelera sob a influência do permafrost, ao mesmo tempo em que ocorre uma associação de moléculas de H 2 O. Finalmente, chega-se o momento crítico de densidade máxima - a temperatura da água está em todos os lugares um pouco abaixo de + 4 ° C. E então, na zona próxima ao fundo, em algumas áreas, o gelo subaquático solto é intensamente congelado.
Ao contrário do gelo comum, não possui uma rede cristalina regular, possui uma estrutura diferente. Os centros de sua cristalização são diferentes: pedras, senões e várias irregularidades, e não necessariamente deitados no fundo e associados ao solo congelado. Gelo solto aparece em rios profundos, com fluxo calmo - laminar.
A formação de gelo subaquático geralmente termina com blocos de gelo flutuando na superfície, embora não haja outro gelo neste momento. O gelo subaquático às vezes aparece no verão. Surge a pergunta: o que é essa “água na água” que muda seu estado de agregação quando a temperatura estabelecida no rio é muito alta para que a H 2 O comum se transforme em gelo, de modo que, como dizem os físicos, ocorra uma transição de fase?
Pode-se supor que o gelo solto representa concentrações enriquecidas de água pesada. A propósito, se esse for o caso, lembre-se de que a água pesada é indistinguível da água comum, mas seu consumo dentro do corpo pode causar envenenamento grave. A propósito, os moradores locais de altas latitudes não usam gelo do rio para cozinhar - apenas gelo do lago ou neve.
O "mecanismo" da transição de fase D 2 O em um rio é muito semelhante ao usado pelos químicos nas chamadas colunas de cristalização. Somente no rio do norte a "coluna" se estende por centenas de quilômetros e não é tão contrastante em temperatura.
Se tivermos em mente que centenas e milhares de metros cúbicos de água passam pelos centros de cristalização de um rio em pouco tempo, a partir do qual se transforma em gelo - congela - até um milésimo de por cento, então isso é suficiente para falar sobre a capacidade da água pesada de se concentrar, então é formar depósitos.
Somente a presença de tais concentrações pode explicar o fato comprovado de que no inverno a porcentagem de deutério nos corpos d'água do norte diminui acentuadamente. Sim, e as águas polares, como mostram as amostras, também são pobres em deutério, e no Ártico, é provável que existam áreas onde apenas blocos de gelo enriquecidos com deutério flutuem, porque o gelo do fundo solto aparece primeiro e derrete por último.
Além disso, estudos mostraram que geleiras e gelo em altas latitudes são geralmente mais ricos em isótopos pesados do que as águas ao redor do gelo. Por exemplo, no sul da Groenlândia, nas proximidades da estação Dai-3, foram identificadas anomalias isotópicas na superfície das geleiras, e a origem de tais anomalias ainda não foi explicada. Isso significa que blocos de gelo enriquecidos com deutério também podem ser encontrados. O ponto, como dizem, é pequeno - você precisa encontrar esses depósitos ainda hipotéticos de água pesada.
M. ADZHIEV, geógrafo.
Fontes de informação:
- L. Kulsky, V. Dahl, L. Lenchina. A água é familiar e misteriosa.
- K.: "Escola de Radyansk", 1982. - Ciência e Vida nº 10, 1988.
