Можно ли пить тяжелую воду

Можно ли пить тяжелую воду

Просмотров: 5559 iStock

В небольших количествах безвредно

Тяжелая (дейтериевая) вода по свойствам сходна с обычной, но химические реакции в ней протекают немного медленнее, а водородные связи оказываются прочнее. Выпитые 100–200 г тяжелой воды вызывают лишь легкие вестибулярные нарушения. Но если содержание тяжелой воды в теле превышает 25%, это может причинить вред, в частности привести к бесплодию. Когда соотношение тяжелой и обычной воды достигает 1: 1, человеческий организм погибает. Однако чтобы добиться такого соотношения, надо много дней подряд пить только чистую тяжелую воду.

Тяжёлая вода

( <<<картинка>>> )
( <<<картинка3D>>> )
Общие Систематическое
наименование оксид дейтерия Традиционные названия тяжёлая вода Хим. формула D2O Физические свойства Состояние жидкость Молярная масса 20,04 г/моль Плотность 1,1042 г/см³ Динамическая вязкость 0,00125 Па·с Термические свойства Температура • плавления 3,81 °C • кипения 101,43 °C Критическая точка • давление 21,86 МПа Мол. теплоёмк. 84,3 Дж/(моль·К) Уд. теплоёмк. 4,105 Дж/(кг·К) Энтальпия • образования −294,6 кДж/моль • плавления 5,301 кДж/моль • кипения 45,4 кДж/моль Давление пара 10 мм рт. ст. при 13,1 °C
100 мм рт. ст. при 54 °C Химические свойства Растворимость • в воде неограниченная • в эфире малорастворима • в этаноле неограниченная Оптические свойства Показатель преломления 1,32844 (при 20 °C) Классификация Рег. номер CAS 7789-20-0 PubChem 24602 Рег. номер EINECS 232-148-9 SMILES RTECS ZC0230000 ChEBI 41981 ChemSpider 23004 Безопасность NFPA 704

Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. Медиафайлы на Викискладе

Тяжёлая вода́ — обычно этот термин применяется для обозначения тяжёловодородной воды, известной также как оксид дейтерия. Тяжёловодородная вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная вода, но вместо двух атомов обычного лёгкого изотопа водорода (протия) содержит два атома тяжёлого изотопа водорода — дейтерия, а её кислород по изотопному составу соответствует кислороду воздуха [1] . Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как D2O или 2 H2O. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без вкуса и запаха. Не радиоактивна.

Содержание

История открытия [ править | править код ]

Молекулы тяжёловодородной воды были впервые обнаружены в природной воде Гарольдом Юри в 1932 году, за что учёный был удостоен Нобелевской премии по химии в 1934 году. А уже в 1933 году Гилберт Льюис выделил чистую тяжёловодородную воду. При электролизе обычной воды, содержащей наряду с обычными молекулами воды незначительное количество молекул тяжёлой (D2O) и полутяжёлой (НDО) воды, образованных тяжёлым изотопом водорода, остаток постепенно обогащается молекулами этих соединений. Из такого остатка после многократного повторения электролиза Льюису в 1933 г. впервые удалось выделить небольшое количество воды, состоящей почти на 100 % из молекул соединения кислорода с дейтерием и получившей название тяжёлой. Этот способ производства тяжёлой воды остаётся основным и сейчас, хотя используется в основном на окончательной стадии обогащения от 5—10 % до >99 % (см. ниже).

После открытия в конце 1938 года деления ядер и осознания возможности использования цепных ядерных реакций деления, индуцированных нейтронами, возникла необходимость в замедлителе нейтронов — веществе, позволяющем эффективно замедлять нейтроны, не теряя их в реакциях захвата. Наиболее эффективно нейтроны замедляются лёгкими ядрами, и самым эффективным замедлителем должны были бы быть ядра обычного водорода (протия), однако они обладают высоким сечением захвата нейтронов. Напротив, тяжёлый водород захватывает очень мало нейтронов (сечение захвата тепловых нейтронов у протия в более чем 100 тысяч раз выше, чем у дейтерия). Технически наиболее удобным соединением дейтерия является тяжёлая вода, причём она способна также служить теплоносителем, отводя выделяющееся тепло от области, где происходит цепная реакция деления. С самых ранних времён ядерной энергетики тяжёлая вода стала важным компонентом в некоторых реакторах, как энергетических, так и предназначенных для наработки изотопов плутония для ядерного оружия. Эти так называемые тяжеловодные реакторы имеют то преимущество, что могут работать на природном (необогащённом) уране без использования графитовых замедлителей, которые на этапе вывода из эксплуатации могут представлять опасность взрыва пыли и содержат наведённую радиоактивность (углерод-14 и ряд других радионуклидов) [2] . Однако в большинстве современных реакторов используется обогащённый уран с нормальной «лёгкой водой» в качестве замедлителя, несмотря на частичную потерю замедленных нейтронов.

Производство тяжёлой воды в СССР [ править | править код ]

Промышленное производство и применение тяжёлой воды началось с развитием атомной энергетики. В СССР при организации Лаборатории № 3 АН СССР (современный ИТЭФ) перед руководителем проекта А. И. Алихановым была поставлена задача создания реактора на тяжёлой воде. Это обусловило потребность в тяжёлой воде, и техническим советом Специального комитета при СНК СССР был разработан проект Постановления СНК СССР «О строительстве полупромышленных установок по производству продукта 180», работы по созданию производительных установок тяжёлой воды в кратчайшие сроки были поручены руководителю атомного проекта Б. Л. Ванникову, народному комиссару химической промышленности М. Г. Первухину, представителю Госплана Н. А. Борисову, народному комиссару по делам строительства СССР С. З. Гинзбургу, народному комиссару машиностроения и приборостроения СССР П. И. Паршину и народному комиссару нефтяной промышленности СССР Н. К. Байбакову [3] . Главным консультантом в вопросах тяжёлой воды стал Начальник сектора Лаборатории № 2 АН СССР М. И. Корнфельд.

Читайте также:  1С скрыть элементы справочника

Свойства [ править | править код ]

Свойства тяжёлой воды

Энтальпия образования ΔH −294,6 кДж/моль (ж) (при 298 К)
Энергия Гиббса образования G −243,48 кДж/моль (ж) (при 298 К)
Энтропия образования S 75,9 Дж/моль·K (ж) (при 298 К)
Критическая плотность 0,363 г/см³
Сравнение характеристик тяжёлой и обычной воды [4]

Параметр D2O HDO H2O
Температура плавления, °C 3,82 2,04 0,00
Температура кипения, °C 101,4 100,7 100,0
Плотность при 20 °C, г/см³ 1,1056 1,054 0,9982
Температура максимальной плотности, °C 11,6 4,0
Вязкость при 20 °C, сантипуаз 1,2467 1,1248 1,0016
Поверхностное натяжение при 25 °C, дин·см 71,87 71,93 71,98
Молярное уменьшение объёма при плавлении, см³/моль 1,567 1,634
Молярная теплота плавления, ккал/моль 1,515 1,436
Молярная теплота парообразования, ккал/моль 10,864 10,757 10,515
pH при 25 °C 7,41 7,266 7,00

Нахождение в природе [ править | править код ]

В природных водах один атом дейтерия приходится на 6400—7600 [5] атомов протия. Почти весь он находится в составе молекул полутяжёлой воды DHO, одна такая молекула приходится на 3200—3800 молекул лёгкой воды. Лишь очень незначительная часть атомов дейтерия формирует молекулы тяжёлой воды D2O, поскольку вероятность двух атомов дейтерия встретиться в составе одной молекулы в природе мала (примерно 0,5⋅10 −7 ). При искусственном повышении концентрации дейтерия в воде эта вероятность растёт.

Биологическая роль и физиологическое воздействие [ править | править код ]

Тяжёлая вода токсична лишь в слабой степени, химические реакции в её среде проходят несколько медленнее по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных. Эксперименты над млекопитающими (мыши, крысы, собаки) [6] показали, что замещение 25 % водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, иногда необратимой [7] [8] . Более высокие концентрации приводят к быстрой гибели животного; так, млекопитающие, которые пили тяжёлую воду в течение недели, погибли, когда половина воды в их теле была дейтерирована; рыбы и беспозвоночные погибают лишь при 90 % дейтерировании воды в теле [9] . Простейшие способны адаптироваться к 70 % раствору тяжёлой воды, а водоросли и бактерии способны жить даже в чистой тяжёлой воде [6] [10] [11] [12] [13] . Человек может без видимого вреда для здоровья выпить несколько стаканов тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. Так, в одном из экспериментов по изучению связи вестибулярного аппарата и непроизвольных движений глаз (нистагма) добровольцам предлагалось выпить от 100 до 200 граммов тяжёлой воды; в результате поглощения более плотной тяжёлой воды купулой (желатинообразной структурой в полукружных каналах) её нейтральная плавучесть в эндолимфе каналов нарушается, и возникают лёгкие нарушения пространственной ориентации, в частности нистагм. Этот эффект аналогичен возникающему при приёме алкоголя (однако в последнем случае плотность купулы уменьшается, поскольку плотность этилового спирта меньше плотности воды) [14] .

Таким образом, тяжёлая вода гораздо менее токсична, чем, например, поваренная соль. Тяжёлая вода использовалась для лечения артериальной гипертензии у людей в суточных дозах от 10 до 675 г D2O в день [15] .

В человеческом организме содержится в качестве естественной примеси столько же дейтерия, сколько в 5 граммах тяжёлой воды; этот дейтерий в основном входит в молекулы полутяжёлой воды HDO, а также во все прочие биологические соединения, в которых есть водород. [ источник не указан 553 дня ]

Некоторые сведения [ править | править код ]

Тяжёлая вода накапливается в остатке электролита при многократном электролизе воды. На открытом воздухе тяжёлая вода быстро поглощает пары обычной воды, поэтому можно сказать, что она гигроскопична. Производство тяжёлой воды очень энергоёмко, поэтому её стоимость довольно высока. В 1935 году, сразу после открытия тяжёлой воды, её цена составляла ориентировочно 19 долларов за грамм [16] . В настоящее время тяжёлая вода с содержанием дейтерия 99 % ат. , продаваемая поставщиками химических реактивов, при покупке 1 кг сто́ит около 1 евро за грамм [17] , однако эта цена относится к продукту с контролируемым и гарантированным качеством химического реактива; при снижении требований к качеству цена может быть на порядок ниже.

Читайте также:  Hp pavilion dv6 6152er характеристики

Среди населения бытует миф о том, что при длительном кипячении природной воды концентрация тяжёлой воды в ней повышается, что якобы может вредно сказаться на здоровье, из-за публикации предположения В. В. Похлебкина в книге «Чай. Его типы, свойства, употребление», вышедшей в 1968 году [18] . В действительности повышение концентрации тяжёлой воды при кипячении ничтожно. Академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов как-то подсчитал, сколько воды должно испариться из чайника, чтобы в остатке заметно повысилось содержание дейтерия. Оказалось, что для получения 1 литра воды, в которой концентрация дейтерия равна 0,15 %, то есть всего в 10 раз превышает природную, в чайник надо долить в общей сложности 2,1⋅10 30 тонн воды, что в 300 млн раз превышает массу Земли [19] . Гораздо сильнее сказывается на вкусе и свойствах воды при кипячении повышение концентрации растворённых солей, переход в раствор веществ из стенок посуды и термическое разложение органических примесей.

Получение [ править | править код ]

Стоимость производства тяжёлой воды определяется затратами энергии. Поэтому при обогащении тяжёлой воды применяют последовательно разные технологии — вначале пользуются более дешёвыми технологиями, с бо́льшими потерями тяжёлой воды, а в конце — более энергозатратными, но с меньшими потерями тяжёлой воды.

С 1933 по 1946 годы единственным применявшимся методом обогащения был электролиз. В последующем появились технологии ректификации жидкого водорода и изотопного обмена в системах: водород — жидкий аммиак, водород — вода, сероводород — вода. Современное массовое производство во входном потоке использует воду, дистиллированную из электролита цехов получения электролитического водорода, с содержанием 0,1—0,2 % тяжёлой воды.

На первой стадии концентрирования применяется двухтемпературная противоточная сероводородная технология изотопного обмена, выходная концентрация тяжёлой воды 5—10 %. На второй — каскадный электролиз раствора щёлочи при температуре около 0 °C, выходная концентрация тяжёлой воды 99,75—99,995 %.

Крупнейшим в мире производителем тяжёлой воды является Канада, что связано с применением в её энергетике тяжеловодных ядерных реакторов CANDU.

Применение [ править | править код ]

Важнейшим свойством тяжёловодородной воды является то, что она практически не поглощает нейтроны, поэтому используется в ядерных реакторах для замедления нейтронов и в качестве теплоносителя. Она используется также в качестве изотопного индикатора в химии, биологии и гидрологии, агрохимии и др. (в том числе в опытах с живыми организмами и при диагностических исследованиях человека). В физике элементарных частиц тяжёлая вода используется для детектирования нейтрино; так, крупнейший детектор солнечных нейтрино SNO (Канада) содержит 1000 тонн тяжёлой воды.

Дейтерий — ядерное топливо для энергетики будущего, основанной на управляемом термоядерном синтезе. В первых энергетических реакторах такого типа предполагается осуществить реакцию D + T → 4 He + n + 17,6 МэВ [20] .

В некоторых странах (например, в Австралии) коммерческий оборот тяжёлой воды поставлен под государственные ограничения, что связано с теоретической возможностью её использования для создания «несанкционированных» реакторов на природном уране, пригодных для наработки оружейного плутония.

Другие виды тяжёлой воды [ править | править код ]

Полутяжёлая вода [ править | править код ]

Выделяют также полутяжёлую воду (известную также под названиями дейтериевая вода, монодейтериевая вода, гидроксид дейтерия), у которой только один атом водорода замещён дейтерием. Формулу такой воды записывают так: DHO или ²HHO. Следует отметить, что вода, имеющая формальный состав DHO, вследствие реакций изотопного обмена реально будет состоять из смеси молекул DHO, D2O и H2O (в пропорции примерно 2:1:1). Это замечание справедливо и для THO и TDO.

Сверхтяжёлая вода [ править | править код ]

Сверхтяжёлая вода содержит тритий, период полураспада которого более 12 лет. По своим свойствам сверхтяжёлая вода (T2O) ещё заметнее отличается от обычной: кипит при 104 °C, замерзает при +9 °C и имеет плотность 1,21 г/см³. [21] Известны (то есть получены в виде более или менее чистых макроскопических образцов) все девять вариантов сверхтяжёлой воды: THO, TDO и T2O с каждым из трёх стабильных изотопов кислорода ( 16 O, 17 O и 18 O). Иногда сверхтяжёлую воду называют просто тяжёлой водой, если это не может вызвать путаницы. Сверхтяжёлая вода имеет высокую радиотоксичность.

Читайте также:  Чем отличается регистр сведений от регистра накопления

Тяжёлокислородные изотопные модификации воды [ править | править код ]

Термин тяжёлая вода применяют также по отношению к тяжёлокислородной воде, у которой обычный лёгкий кислород 16 O заменён одним из тяжёлых стабильных изотопов 17 O или 18 O. Тяжёлые изотопы кислорода существуют в природной смеси, поэтому в природной воде всегда есть примесь обеих тяжёлокислородных модификаций. Их физические свойства также несколько отличаются от свойств обычной воды; так, температура замерзания 1 H2 18 O составляет +0,28 °C [4] .

Тяжёлокислородная вода, в частности, 1 H2 18 O, используется в диагностике онкологических заболеваний (из неё на циклотроне получают изотоп фтор-18, который используют для синтеза препаратов для диагностики онкозаболеваний, в частности 18-фдг).

Общее число изотопных модификаций воды [ править | править код ]

Если подсчитать все возможные нерадиоактивные соединения с общей формулой Н2О, то общее количество возможных изотопных модификаций воды всего девять (так как существует два стабильных изотопа водорода и три — кислорода):

  • Н2 16 O − лёгкая вода, или просто вода
  • Н2 17 O
  • Н2 18 O − тяжёлокислородная вода
  • HD 16 O − полутяжёлая вода
  • HD 17 O
  • HD 18 O
  • D2 16 O − тяжёлая вода
  • D2 17 O
  • D2 18 O

С учётом трития их число возрастает до 18:

  • T2 16 O — сверхтяжелая вода
  • T2 17 O
  • T2 18 O
  • DT 16 O
  • DT 17 O
  • DT 18 O
  • HT 16 O
  • HT 17 O
  • HT 18 O

Таким образом, кроме обычной, наиболее распространённой в природе «лёгкой» воды 1 H2 16 O, в общей сложности существует 8 нерадиоактивных (стабильных) и 9 радиоактивных «тяжёлых вод».

Всего же общее число возможных «вод» с учётом всех известных изотопов водорода (7) и кислорода (17) формально равняется 476. Однако распад почти всех радиоактивных изотопов водорода и кислорода происходит за секунды или доли секунды (важным исключением является тритий, период полураспада которого более 12 лет ). Например, все более тяжёлые, чем тритий, изотопы водорода живут порядка 10 −20 с ; за это время никакие химические связи просто не успевают образоваться, и, следовательно, молекул воды с такими изотопами не бывает. Радиоизотопы кислорода имеют периоды полураспада от нескольких десятков секунд до наносекунд. Поэтому макроскопические образцы воды с такими изотопами получить невозможно, хотя молекулы и микрообразцы могут быть получены. Интересно, что некоторые из этих короткоживущих радиоизотопных модификаций воды легче, чем обычная «лёгкая» вода (например, 1 H2 15 O).

В состав обычной воды, как подсчитали ученые, входит 0,15-0,165% тяжелой.

И чем выше концентрация оксида дейтерия в составе соединения H20, тем меньше от такой воды польза.

"Горная вода содержит мало тяжелой воды, и потому горцы живут так много лет", — отвечает нам биолог.

Негативное влияние тяжелой воды на биохимические процессы в организме установлено.

"Тяжелая вода — самая мертвая разновидность воды, она хуже, чем кислотная вода", — к такому выводу пришли ученые.

Но мало кто знает, что кипячением мы повышаем концентрацию тяжелой воды в своем основном виде питья.

"Если вы кипятите чайник так, что там остается ровно половина воды, вы пьте воду, в которой тяжелой уже 0,3%.

Дело в том, что точка кипения оксида дейтерия выше, чем у оксида основного изотопа водорода, т.е. H20, и составляет 101,4 градуса", — гневно отмечает эколог.

Так что не кипятите воду понапрасну, а лучше пейте свежую горную родниковую воду.

В этом секрет долголетия горцев.

Но вредна не только тяжелая вода.

Вред заключен в самом соединении H20, дистиллированной воде.

Такая вода, не живая и не мертвая, вымывает из организма все соли, истощает его.

Когда я практикантом пил дистиллированную воду, я чуть не иссох от обессоливания организма, я чах на глазах.

Производители безалкогольных напитков, использующие в производстве дистиллированную воду, такие как Coca Cola и Pepsi, и не догадываются как вредна дистиллированная вода.

Между тем, на советских судах было принято опресненную воду дополнительно минерализовывать морской водой.

"Я советовал это морякам. Пейте минеральную воду. И вы не будете болеть", — в заключении говорит эколог.

Другое дело, что доочистка воды необходима.

Никто не будет пить грязную воду и при этом не кипятить ее.

Но фильтры для воды решают эту проблему.

Воду можно пить не кипяченой, не поднимая в ней содержание тяжелой воды, и вместе с тем с достаточной минерализацией, чтобы не стать жертвой дистиллированной воды.

"Только минеральная чистая вода пригодна для питья", — советуют специалисты, — "Вся остальная вода может применяться в ограниченных целях".

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector