разное

Такли проста вода

«Простейшее устойчивое соединение водо­рода с кислородом», — такое определение во­ды дает Краткая химическая энциклопедия. Все верно, только простейшее в химии — это далеко не простое.

До XIX века люди не знали, что вода — хи­мическое соединение. Ее считали обычным химическим элементом. Лишь в 1805 году Александр Гумбольдт и Жозеф Луи Гей-Люс - сак установили, что вода состоит из молекул, каждая из которых содержит два атома водо­рода и один кислорода.

После этого свыше ста лет все и всюду счи­тали, что вода — индивидуальное соедине­ние, описываемое единственно возможной формулой H2O.

Недостаточность этого положения выясни­лась лишь в 1932 году. Мир облетела сенса­ция: кроме воды обычной, в природе сущест­вует еще и тяжелая вода. В молекулах такой воды место водорода занимает его тяжелый изотоп — дейтерий.

Тяжелую воду открыли американские фи­зики Гаральд Юри и Эльберт Осборн. В 1933 году американец Герберт Льюис совместно с Ричардом Макдональдом впервые выделили ее в чистом виде.

В небольших количествах тяжелая вода по­стоянно и повсеместно присутствует в при­родных водах, внешне совершенно не отлича­ясь от обычной воды. Различить их можно лишь по физическим характеристикам. В мо­лекулу тяжелой воды входят атомы не легко­го водорода — протия ([3]H), а его изотопа — дейтерия ([4]D), атом которого на единицу тя­желее протиевого, следовательно, молекуляр­ный вес тяжелой воды на 2 единицы больше: 20,ане181.

Формула тяжелой воды D2O. Она на 10% плотнее обычной, ее вязкость выше на 23%. Она кипит при 101,42°С, а замерзает при +3,8°С.

Такие особенности позволяют понять не­равномерность содержания тяжелой воды в тех или иных природных водах. Например, в замкнутых водоемах ее больше, так как по сравнению с обычной водой она испаряется менее интенсивно. Поэтому тяжелой воды больше в местностях с жарким климатом. Обогащается дейтерием и поверхность океа­на на экваторе и в тропиках, тем более что свою лепту вносят частые атмосферные осад­ки, при образовании которых идут процессы конденсации воды из паровой фазы (см. да­лее), а тяжелая вода конденсируется быстрее, чем легкая, следовательно, осадки обогаще­ны тяжелой водой. Однако для океанской по­верхности повышенное содержание тяжелой воды характерно лишь на низких широтах.

Вблизи полюсов свои особенности. В высо­ких южных широтах (в Антарктике) океан­ские воды заметно «легче». В этом сказывает­ся влияние талых вод антарктических айсбер­гов, которые отличаются наиболее низким со­держанием дейтерия на планете.

Невелика доля дейтерия и во льдах Грен­ландии, тем не менее, океанские воды высо­ких северных широт обогащены тяжелой во­дой. Тут сказывается таяние «тяжелых» аркти­ческих льдов.

Собственно тяжелая вода D2O в природе находится в ничтожных количествах-вмил - лионных долях процента. Преобладает ее раз­новидность, состав которой можно выразить формулой HDO.

Тяжелая вода — очень важное промышлен­ное сырье, эффективный замедлитель быст­рых нейтронов. Поэтому уже сейчас ее широ­ко применяют в различных реакторных уста­новках. А в будущем тяжелая вода может стать сырьем для термоядерной энергетики: 1 г дейтерия при термоядерном распаде дает в 10 млн. раз больше энергии, чем 1 г угля

Млекопитающие ^^^^^^^^^^^^^

Мальки рыб Эвглена зеленая Дрожжииплесневой гриб Бактерии Водоросли

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Содержание дейтерия, %

Рис. 1.3. Выживаемость организмов в воде, содержащей дейтерий


При сгорании. В Мировом океане содержит­ся 1015тонн HDO.

Открытия последних лет показали, что тя­желая вода играет немалую роль в биологиче­ских процессах. Это и понятно, ведь она явля­ется постоянной и повсеместной примесью природных вод. Систематическое изучение ее воздействия на животных и растения нача­то сравнительно недавно. Различные иссле­дователи независимо друг от друга установи­ли, что тяжелая вода действует отрицательно на жизненные функции организмов; это про­исходит даже при использовании обычной природной воды с повышенным содержани­ем тяжелой воды (рис. 1.3).

Подопытных животных поили водой, 1/3 часть которой была заменена водой состава HDO. Через недолгое время начиналось рас­стройство обмена веществ животных, разру­шались почки. При увеличении доли тяже­лой воды животные погибали.

На развитие высших растений тяжелая во­да также действует угнетающе; если их поли­вать водой, на половину состоящей из тяже­лой воды, рост прекращается (рис. 1.4).

Пониженное содержание дейтерия в воде стимулирует жизненные процессы. Такие данные получили Б. И. Родимов и И. П. Торо - пов. Они долгое время наблюдали за растени­ями и животными, потреблявшими воду, в которой содержалось дейтерия на 25% ниже нормы. Оказалось, что, потребляя такую воду, свиньи, крысы и мыши дали потомст­во, гораздо многочисленнее и крупнее обыч­ного, яйценоскость кур поднялась вдвое, пшеница созрела раньше и дала более высо­кий урожай.

Первые результаты изучения тяжелой во­ды показывают, сколько необычных свойств таит такое обыкновенное вещество, каквода.

Открытие тяжелой воды послужило толч­ком к выяснению фракционного состава воды. Вскоре была обнаружена сверхтяжелая вода Т20. В ее составе место водорода занима­ет его природный изотоп, еще более тяже­лый, чем дейтерий. Это тритий (Т), он радио­активен, атомная масса его равна 3. Тритий зарождается в высоких слоях атмосферы, где идут природные ядерные реакции. Он являет­ся одним из продуктов бомбардировки ато­>

Такли проста вода

Рис. 1.4. Влияние концентрации дейтерия на рост высших растений

Мов азота нейтронами космического излуче­ния. Ежеминутно на каждый квадратный сан­тиметр земной поверхности падают 8...9 ато­мов трития.

В небольших количествах сверхтяжелая (тритиевая) вода попадает на Землю в соста­ве осадков. Во всей гидросфере одновремен­но насчитывается лишь около 20 кг Т20. Три­тиевая вода распределена неравномерно: в материковых водоемах ее больше, чем в океа­нах; в полярных океанских водах ее больше, чем в экваториальных. По своим свойствам сверхтяжелая вода еще заметнее отличается от обычной: кипит при 104°С, замерзает при 4...9°С, имеет плотность 1,33 г/см3.

Сверхтяжелую воду применяют в термо­ядерных реакциях. Она удобнее дейтерие - вой, так как чувствительнее в определении.

Перечень изотопов водорода не кончается тритием. Искусственно получены и более тя­желые изотопы 4Ни5Н, тоже радиоактивные.

Таким образом, возможно существование молекул воды, в которых содержатся любые из пяти водородных изотопов в любом соче­тании.

Этим не исчерпывается сложность изотоп­ного состава воды. Существуют также изото­пы кислорода. В периодической системе хи­мических элементов Д. И. Менделеева значит­ся всем известный кислород 16O. Существуют еще два природных изотопа кислорода — 17Ои 18O. В природных водах в среднем на каждые 10 тысяч атомов изотопа 16О приходится 4 ато­ма изотопа 17O и 20 атомов изотопа 18O.

По физическим свойствам тяжелокисло­родная вода меньше отличается от обычной, чем тяжеловодородная. Получают ее в основ­ном перегонкой природной воды и использу­ют как источник препаратов с меченым кис­лородом.

Помимо природных, существуют и шесть искусственно созданных изотопов кислоро­да. Как и искусственные изотопы водорода, они недолговечны и радиоактивны. Из них: 13О, 14Ои 15О — легкие, 19Ои 20О — тяжелые, а сверхтяжелый изотоп — 24О получен в 1970 году.

Существование пяти водородных и девяти кислородных изотопов говорит о том, что изо­топных разновидностей воды может быть 135.

Наиболее распространены в природе 9 ус­тойчивых разновидностей воды:

'H2'[5]O

'hd2WO

'd2'6o

'h2'7o

'hd2'7o

D217o

'H2WO

'hd2'8o

1d2wO

Основную массу природной воды — свыше 99% — составляет протиевая вода — 1Н216О. Тя­желокислородных вод намного меньше: 1Н218О — десятые доли процента.

1Н217О — сотые доли от общего количества природных вод. Только миллионные доли процента составляет тяжелая вода Б2О, зато в форме 1НБО тяжелой воды в природных во­дах содержится уже заметное количество.

Еще реже, чем Б2О, встречаются и девять радиоактивных естественных видов воды, со­держащих тритий:

T2'6O

'HT'6O

DT'6O

T2'7O

'HT'7O

DT17O

T218O

'HTWO

Dt'8o

Со всей научной строгостью классической водой следует считать протиевую воду 1Н216О в чистом виде, то есть без малейших приме­сей остальных 134 изотопных разновидно­стей. И хотя содержание протиевой воды в природе значительно превосходит содержа­ние всех остальных вместе взятых видов, чис­той 1Н216О в естественных условиях не сущест­вует. Во всем мире такую воду можно оты­скать лишь в немногих специальных лабора­ториях. Ее получают очень сложным путем и хранят с величайшими предосторожностя­ми. Для получения чистой 1Н216О ведут очень тонкую, многостадийную очистку природ­ных вод или синтезируют воду из исходных элементов 1Н2 и 16О, которые предварительно тщательно очищают от изотопных примесей. Такую воду применяют в экспериментах и процессах, требующих исключительной чис­тоты химических реактивов.

Формально протиевую воду можно было бы назвать легкой водой, но чистая 1H216O — редкость. Поэтому рабочим эталоном легкой воды считают смесь разновидностей воды со­става 1H216O, 1H217O и 1H218O, взятых в том же соотношении, в котором присутствуют в воз­духе соответствующие изотопы кислорода. Получается, что, широко оперируя понятием «легкая вода», мы не можем представить ее однородной формулой.

Термин «тяжелая вода» на практике также не имеет эквивалента. Вода, отвечающая фор­муле D218O, которую как раз и следовало бы считать тяжелой настоящей водой, фактичес­ки заменяется смесью разновидностей воды с постоянной водородной частью (здесь это дейтерий) и с содержанием изотопов кисло­рода в соответствии с изотопным составом воздуха.

8

Вот какое непростое это «простейшее со­единением — вода. В дальнейшем, говоря о воде и называя ее общепринятую формулу НА будем иметь в виду, что состав воды, да­же полностью освобожденной от минераль­ных и органических примесей, сложен и многообразен.

разное

Де замовити суші з доставкою в Одесі? Топові ресторани чекають на вас!

Суші Майстер Одеса – це відомий заклад, але в місті є і інші топові ресторани, які можна оглянути заради порівняння, щоб зрозуміти, де краще замовити роли, щоб насолодитися смаком. «Суші …

Развитие современных информационных технологий

Современные информационные технологии представляют собой набор инструментов и процессов, которые используются для предоставления информации и услуг. Они используются во всех отраслях промышленности, включая медицину, финансы, образование, производство, торговлю и транспорт. …

картинки для казино

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов оборудования:

Внимание! На этом сайте большинство материалов - техническая литература в помощь предпринимателю. Так же большинство производственного оборудования сегодня не актуально. Уточнить можно по почте: Эл. почта: msd@msd.com.ua

+38 050 512 1194 Александр
- телефон для консультаций и заказов спец.оборудования, дробилок, уловителей, дражираторов, гереторных насосов и инженерных решений.