5 ответов
 
Вопрос №522
 
 
 
 
Категории

 

Что такое "тяжелая вода"?

Leonid S. Pavlov · почти 10 лет назад · 5 ответов
 

Её ещё обозначают D2O.
В таблице Менделева я что-то такого элемента (D) не помню...

Хороший вопрос Ф топку
18
2
Ответы
Ответ выбран голосованием
Bagira · почти 10 лет назад

Тяжёлая вода
Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Тяжёлая вода́ (также оксид дейтерия) — обычно этот термин применяется для обозначения тяжёловодородной воды. Тяжёловодородная вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная вода, но вместо атомов водорода содержит два тяжёлых изотопа водорода — атомы дейтерия. Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как: D2O или 2H2O. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без вкуса и запаха.

Молекулы тяжёловодородной воды были впервые обнаружены в природной воде Гарольдом Клейтоном Юри в 1932 году. А уже в 1933 году Гилберт Ньютон Льюис получил чистую тяжёловодородную воду.

Свойства тяжёлой воды Молекулярная масса 20,03 а.е.м.
Температура плавления 3,81°C
Температура кипения 101,43°C
Растворимость Мало растворима в диэтиловом эфире
смешивается с этанолом

Плотность ρ 1,1042 г/см3 (при 25°C)
Давление паров 10 мм. рт. ст. (при 13.1°C), 100 мм. рт. ст. (при 54°C)
Показатель преломления σ 1,32844 (при 20°C)
Стандартная энтальпия образования ΔH -294,6 кДж/моль (ж) (при 298 К)
Стандартная энергия Гиббса образования G -243,48 кДж/моль (ж) (при 298 К)
Стандартная энтропия образования S 75,9 Дж/моль·K (ж) (при 298 К)
Стандартная мольная теплоёмкость Cp 84,3 Дж/моль·K (жг) (при 298 К)
Энтальпия плавления ΔHпл 5,301 кДж/моль
Энтальпия кипения ΔHкип 45,4 кДж/моль
Критическое давление 31,86 МПа
Критическая плотность 0,363 г/см3

В природных водах соотношение между тяжёлой и обычной водой составляет 1:5500 (в предположении, что весь дейтерий находится в виде тяжёлой воды D2O, хотя на самом деле он частично находится в составе полутяжёлой воды, см. ниже).

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 показали, что замещение 25% водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, более высокие концентрации приводят к быстрой гибели животного. Однако некоторые микроорганизмы способны жить в 70% растворе D2O в H2O (простейшие) и даже в чистой тяжёлой воде (бактерии). Человек может без видимого вреда для здоровья выпить стакан тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. Таким образом, тяжёлая вода менее токсична, чем, например, поваренная соль.

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 (ориентировочно 200-250 долларов за кг).

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. В действительности же повышение концентрации тяжёлой воды при кипячении ничтожно (к тому же тяжёлая вода практически не ядовита).

Важнейшим свойством тяжёловодородной воды является то, что она практически не поглощает нейтроны, поэтому используется в ядерных реакторах для торможения нейтронов и в качестве теплоносителя. Она используется также в качестве изотопного индикатора в химии, биологии и гидрологии. В физике элементарных частиц тяжёлая вода используется для детектирования нейтрино; так, крупнейший детектор солнечных нейтрино SNO (Канада) содержит 1 килотонну тяжёлой воды.

Выделяют также полутяжёлую (или дейтериевую) воду, у которой только один атом водорода замещен дейтерием. Формулу такой воды записывают так: DHO или 2HHO.

Термин тяжёлая вода применяют также по отношению к воде, у которой любой из атомов заменен тяжёлым изотопом:

к тяжёлокислородной воде (в ней лёгкий изотоп кислорода 16O замещен тяжёлыми изотопами 17O или 18O),
к тритиевой и сверхтяжёлой воде (содержащей вместо атомов 1H его радиоактивный изотоп тритий 3H).
Если подсчитать все возможные различные соединения с общей формулой Н2О, то общее количество возможных «тяжёлых вод» достигнет 48. Из них 39 вариантов — радиоактивные, а стабильных вариантов всего девять:
Н216O, Н217O, Н218O, HD16O, HD17O, HD18O, D216O, D217O, D218O.
На сегодняшний день в лабораториях получены не все варианты тяжёлой воды, в них просто нет необходимости, однако никаких препятствий, кроме низкой стабильности полученных молекул, не существует.

 
 
 
 
Олег Мосин · больше 8 лет назад

До XIX века люди считали воду обычным химическим элементом. В 1805 году Александр Гумбольдт и Жозеф Луи Гей-Люссак установили, что вода состоит из молекул, каждая из которых содержит два атома водорода и один кислорода и считалось, что вода - индивидуальное соединение, описываемое единственно возможной формулой.

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, которую от обычной воды можно различить лишь по физическим характеристикам. В молекулу тяжелой воды входят атомы не легкого водорода - протия (1H), а его тяжёлого изотопа - дейтерия (2D), атом которого на единицу тяжелее протиевого, а молекулярный вес тяжелой воды на 2 единицы больше: 20, а не 18. Тяжёлая на 10% плотнее обычной, вязкость выше на 23%, кипит при 101,42 oС, замерзает при +3,8 oС.

Содержание тяжелой воды в природных водах не равномерно. Например, в замкнутых водоемах ее больше, поскольку по сравнению с обычной водой она испаряется менее интенсивно.

Тяжелой воды больше в местностях с жарким климатом, на поверхности океана на экваторе и в тропиках. Тяжелая вода конденсируется быстрее, чем легкая. Вблизи полюсов в высоких южных широтах (в Антарктике) океанские воды заметно "легче" и отличаются самым низким содержанием дейтерия на планете. Так же невелика доля дейтерия во льдах Гренландии.

Тяжелая вода в природе находится в небольших количествах - в миллионных долях процента. Преобладает ее разновидность, состав которой выражается формулой HDO. В Мировом океане содержится 1015 тонн HDO.

Тяжелая вода - очень важное промышленное сырье для атомной энергетики, эффективный замедлитель быстрых нейтронов. Так, 1 г дейтерия при термоядерном распаде дает в 10 млн. раз больше энергии, чем 1 г угля при сгорании.

Тяжелая вода из за значительного изотопного эффекта, обусловленного двукратным увеличением массы дейтерия относительно протия, действует негативно на жизненные функции организмов; это происходит даже при использовании обычной природной воды с повышенным содержанием тяжелой воды.

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; при поливе их водой, на половину состоящей из тяжелой воды, рост прекращается.

Но всё же несмотря на это многие клетки бактерий, растений и водорослей могут быть адаптированы к росту на тяжёлой воде.

Пониженное содержание дейтерия в воде стимулирует жизненные процессы. При потреблении воды с содержанием дейтерия на 25% ниже нормы свиньи, крысы и мыши дали потомство, гораздо многочисленнее и крупнее обычного, яйценоскость кур поднялась вдвое, пшеница созрела раньше и дала более высокий урожай. Это может быть объяснено разницей в плотности и вязкости тяжёлой воды, а также её гидрофобными эффектами.

Термин "тяжелая вода" на практике не имеет эквивалента. Вода, отвечающая формуле D218O, фактически заменяется смесью разновидностей воды с постоянной водородной частью (здесь это дейтерий) и с содержанием изотопов кислорода в соответствии с изотопным составом воздуха.

Существует также и полутяжёлая (или дейтериевая) вода, у которой только один атом водорода замещен дейтерием. Формулу такой воды записывают так: DHO.

Вообще термин тяжёлая вода применяют также по отношению к воде, у которой любой из атомов заменен тяжёлым изотопом:

к тяжёлокислородной воде (в ней лёгкий изотоп кислорода 16O замещен тяжёлыми изотопами 17O или 18O),

к тритиевой и сверхтяжёлой воде (содержащей вместо атомов 1H его радиоактивный изотоп тритий 3H).

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 атомов 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 дейтериевой, так как чувствительнее в определении.

Перечень изотопов водорода не кончается тритием. Искусственно получены и более тяжелые изотопы 4H и 5H,тоже радиоактивные. Учёные предсказали существование молекул воды, в которых содержатся любые из пяти водородных изотопов в любом сочетании.

Этим не исчерпывается сложность изотопного состава воды. В природе существуют также изотопы кислорода, которые формируют так называемую тяжёлокислородную воду. В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева значится всем известный кислород 16O.

Существуют еще два природных изотопа кислорода – 17O и 18O. В природных водах в среднем на каждые 10 тысяч атомов изотопа 16O 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 двух природных 17O и 18O, существуют и шесть искусственно созданных изотопов кислорода. Как и искусственные изотопы водорода, они недолговечны и радиоактивны. Из них: 13O, 14O и 15O – легкие, 19O и 20O – тяжелые, а сверхтяжелый изотоп – 24O получен в 1970 году.

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

Если подсчитать все возможные различные соединения с общей формулой Н2О, то общее количество возможных «тяжёлых вод» достигнет 48. Из них 39 вариантов — радиоактивные, а стабильных вариантов всего девять:

Н21 6O, Н217O, Н218O, HD16O, HD17O, HD18O, D216O, D217O, D218O.

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

Основную массу природной воды - свыше 99% - составляет протиевая вода - 1H216O.

Тяжелокислородных вод намного меньше: 1H218O - десятые доли процента. 1H217O - сотые доли от общего количества природных вод.

Только миллионные доли процента составляет тяжелая вода D2O, в форме 1HDO тяжелой воды в природных водах содержится уже заметно больше.

Еще реже, чем D2O, встречаются и девять радиоактивных естественных видов воды, содержащих тритий.

Классической водой следует считать протиевую воду 1H216O 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 1H216O в естественных условиях не существует, есть лишь в немногих специальных лабораториях. Ее получают очень сложным путем и хранят с большими предосторожностями. Для получения чистой 1H216O ведут очень тонкую, многостадийную очистку природных вод или синтезируют воду из исходных элементов 1H2 и 16O2, которые предварительно тщательно очищают от изотопных примесей. Такую воду применяют в экспериментах и процессах, требующих исключительной чистоты химических реактивов.

 
Источник: О.В. Мосин
 
 
Мариша · почти 7 лет назад

Тяжёлая вода́ (также оксид дейтерия) — обычно этот термин применяется для обозначения тяжёловодородной воды. Тяжёловодородная вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная вода, но вместо атомов обычного лёгкого изотопа водорода (протия) содержит два атома тяжёлого изотопа водорода — дейтерия. Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как D2O или 2H2O. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без вкуса и запаха.

 
 
Natisha · больше 5 лет назад

Тяжелая вода сравнительно недавно обнаруженная учеными прочно вошла в мир науки. Признаная биологами и химиками, физиками и ядерщиками, тяжелая вода стала верным помощником во многих исследованиях.
Обнаруженные впервые в 1932 году Гарольдом Юри молекулы тяжелой воды сразу заинтересовали ученый мир. И уже в 1933 Гилберт Льюис с помощью электролиза простой воды получил тяжелую воду.
Химическая формула тяжелой воды совпадает с обычной, но также имеет в составе тяжелые изотопы водорода. Формула тяжелой воды выглядит следующим образом: D2O или 2H2O.
Тяжелая вода мало, чем отличается от обыкновенной воды, но это только на первый взгляд. С тяжелой водой медленней происходят реакции, меньше чем для обычной воды и константы диссоциации молекул тяжелой воды.
Кроме тяжелой воды D2O существует еще и полутяжелая вода (HDO) и частично дейтерий тяжелой воды находится в воде полутяжелой. В естественных условиях соотношение между тяжелой водой и обычной составляет 1:5500.
У тяжелой воды слабая токсичность, медленнее химическая реакция с участием тяжелой воды, но зато сильнее водородные связи с участием дейтерия.
Некоторые простые микроорганизмы могут жить в 70% тяжелой воде, а бактерии выживают даже в чистой 100% тяжелой воде. Но эксперименты показали, что более чем 28% замещение водорода в тканях животных приводят к бесплодию, а 30% и к смерти подопытных животных. Для человека тяжелая вода безвредна в небольшом количестве и очищается организм от тяжелой воды в течение пары дней.
Тяжелую воду используют в ядерных реакторах для ослабевания нейтронов. Также тяжелую воду используют в качестве теплоносителя. В химии тяжелая вода используется как изотопный индикатор, такое же применение тяжелая вода нашла и в биологии, а в физике для детектирования нейтрино. Тяжелая вода не поглощает нейтроны, и поэтому используется в работе на ядерных реакторах.

 
 
X · почти 5 лет назад

Как получить ту самую воду в домашних условиях?

 
 
 
 
Похожие вопросы
Время · почти 5 лет назад · 2 ответа
 
Reader · почти 4 года назад · 36 ответов
 
Анна · около 10 лет назад · 6 ответов
 
Чё · около 10 лет назад · 7 ответов
 
Nikolay Mikhailov · около 10 лет назад · 4 ответа
 
 
Ссылка на этот вопрос
 
Поискать ответ на вопрос: ответы@mail.ru, otvety@google.ru, Яндекс.Ответы
 
Читать новые вопросы в: LiveJournal, Livinternet, Google Reader
 
Этот вопрос посмотрели 14539 раз, в среднем 5 просмотров в день (3.98)
 
 
 
 
 
 
Адрес друга:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

© vorum.ru — вопросы и ответы, 2006–2016
Пишите нам на in@vorum.ru

Администрация сервера не гарантирует точность и достоверность размещаемых пользователями материалов, а также не несет ответственности ни за какие задержки, сбои, удаление или несохранность какой-либо пользовательской информации.

Цифры не для всех: 144

 
 
× Нравится наш сайт?
Нажмите кнопку «Мне нравится» (Like), чтобы присоединиться к нам на Facebook