Физические свойства какой воды значительно отличаются от обычной воды
Все слышали о воде или H2O, но гораздо меньше людей знают о «тяжелой воде». Чем она отличается от обычной и что будет, если ее выпить? Об этом в нашей статье.
Коллаж картины Алексея Венецианова «Встреча у колодца».
Что такое тяжелая вода?
Чтобы разгадать тайну тяжелой воды, нужно сначала понять, что такое изотопы.
Изотопы (от др.-греч. — «равный», «одинаковый», и — «место») — разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа
Энциклопедия «Британника»
Водород имеет следующие изотопы.
Изотопы водорода: протий, дейтерий и тритий.
Дейтерий – это изотоп водорода, который содержит на один нейтрон больше, чем обычный атом этого элемента. Из-за этого дополнительного нейтрона в каждом атоме дейтерия, его масса практически вдвое больше массы атома обычного водорода.
Также как и молекула воды (H2O), молекула тяжелой воды или оксид дейтерия (D2O) имеет два атома, связанных с одним атомом кислорода. Вместо обычных атомов водорода тяжелая вода содержит атомы дейтерия.
Тяжелая вода
Как и обычная вода, тяжелая вода – это жидкость без цвета и запаха. Более того, дейтерий является стабильным изотопом. Это означает, что тяжелая вода не радиоактивна. Молярная масса тяжелой воды 20 г/моль, а вода имеет молярную массу 18 г/моль, из-за этого тяжелая вода более плотная. В твердом состоянии кубик льда оксида дейтерия D2O будет тонуть в воде, а не плавать.
Кубики льда тяжелой воды будут тонуть. Источник изображения: depositphotos.com
В природе тяжелая вода встречается редко. Соотношение тяжелой и обычной воды составляет где-то 1: 20 000 000 молекул.
Какая польза от тяжелой воды?
Тяжелая вода используется в ядерных реакторах. В этих реакторах нейтроны движутся с невероятной скоростью и должны быть замедлены. Замедленное движение нейтронов в реакторе обеспечивает эффективное протекание реакции. Тяжелая вода выступает в качестве замедлителя нейтронов в этой реакции.
Тяжелая вода также может быть использована в качестве индикатора. Изотопный индикатор – это любой атом, который может быть идентифицирован при добавлении в другую смесь. Такой атом позволяет ученым «отслеживать» изменения в смеси.
Что будет если выпить тяжелую воду?
Если вы выпьете небольшое количество тяжелой воды, то это никак не повлияет на вас. Тяжелая вода имеет сладковатый привкус.
Даже выпив несколько стаканов D2O вы не отравитесь, потому что дейтерий не радиоактивен, зато вы можете почувствовать дискомфорт из-за изменения плотности жидкости.
Стакан тяжелой воды? :). Источник изображения: fotosearch.ae
Также вы, вероятно, ощутите небольшое изменение давления жидкости в ваших ушах. Тем не менее, это количество не должно причинить серьезного вреда вашему организму, Через несколько дней весь дейтерий будет выведен из вашего тела.
Однако, если вы будете постоянно пить тяжелую воду (что маловероятно, поскольку, вы вряд ли сможете раздобыть тяжелую воду в таких объемах), то это будет очень вредно для вашего здоровья.
Потребление избыточного количества D2O может привести к летальному исходу. Источник изображения: e-wiki.org
Большая масса атомов дейтерия по сравнению с атомами водорода повлияет на химические реакции, которые происходят в организме. Более тяжелые молекулы D2O будут замедлять естественные химические реакции, которые регулярно происходят в теле человека. Если количество тяжелой воды достигнет 20% от общего количества воды в вашем организме, то это может привести к летальному исходу. Некоторые виды тяжелой воды, например, с атомами трития вместо дейтерия более опасны -тритий тяжелее и, что более важно, радиоактивен. Любое употребление таких жидкостей приведет к телесным повреждениям и может повлиять на целостность ДНК человека.
К счастью, мы крайне редко слышим о передозировке людей тяжелой водой, главным образом, потому что получение D2O весьма дорого и трудоемко. Используя электролиз, можно получить чистую тяжелую воду, но большинство людей не имеют доступа к такому оборудованию. Покупка D2O также обходится очень недешево, стоимость оксида дейтерия более 100 долларов за 100 гр.
Если вам понравилась статья, то поставьте лайк и подпишитесь на канал Научпоп. Наука для всех. Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!
Источник
Тяжелая вода имеет ту же формулу, что и обычная, но вместо атомов водорода в ней содержатся его изотопы, именуемые дейтерием. По своему внешнему виду она не отличается от водопроводной воды и представляет собой бесцветную жидкость без запаха и вкуса.
Общие сведения
Что такое тяжелая вода, впервые поведал Гарольд К. Юри ещё в 1931 году. А два года спустя Гилбертом Ньютоном Льюисом впервые была получена чистая тяжёловодородная вода. Её второе название – окись дейтерия. Формула тяжёлой воды — D2О. Она состоит из атомов кислорода и водорода, которые содержатся в ней в форме дейтерия. По сравнению с водородом, дейтерий приблизительно в два раза тяжелее. Поэтому молекулярная масса обычной воды составляет 18 г/моль, в то время как вес тяжёлой – примерно 20.
Существует миф, который гласит, что долгое кипячение природной воды приводит к повышению концентрации тяжёлой, что может негативно сказаться на человеческом здоровье. Однако это далеко не так: в действительности эта концентрация ничтожно мала. Кроме этого, доказан факт, что тяжёлая вода не является ядовитой. Она считается слаботоксичной. В её среде продолжительность химических реакций, по сравнению с простой водой, снижается.
Основные свойства
К тяжёлой воде учёные давно проявляют повышенный интерес. Ведь сразу же после её получения стало очевидным, что она наделена особыми свойствами, которые отличаются от обычной воды. Тяжёлая вода – это жидкость, которая является абсолютно непригодной для развития и жизни в ней микробов, рыб или червей. Она противопоказана для употребления животными, поскольку после утоления жажды ею они просто погибнут.
Аэробные растения не способны с её помощью стимулировать свою жизненную активность. Однако в тяжёлой воде прекрасно развиваются водоросли и бактерии. Изучая свойства тяжёлой воды, учёные пришли к выводу, что она имеет значение не только как лабораторный компонент. Оказалось, что она входит в состав обычной воды. Правда, содержание тяжёлой воды в ней имеет очень малую концентрацию.
Физические свойства тяжёлой воды значительно отличаются от обычной воды. Например, закипает она при t101,4 °С, замерзает — при 3,81 °C. Она обладает плотностью (ρ) — 1,1 г/см3 при t25 °C. Её вязкость на 20% превышает показатель питьевой воды. Практически все соли растворяются в ней намного хуже, чем в других водах. Немаловажное свойство тяжёлой воды – неспособность поглощать нейтроны.
Применение тяжёлой воды
Учёные, которые открыли тяжелую воду – D2О, долго не понимали, какую пользу она может приносить. И только через определённый промежуток времени другие исследователи раскрыли её промышленные и научные возможности. На сегодняшний день её активно применяют:
- в ядерных технологиях;
- в работе ядерных реакторов, где с их помощью осуществляется торможение нейтронов. Также её используют как теплоноситель;
- как изотопный индикатор в физике, химии, гидрологии, биологии;
- в качестве детектора определённых элементарных частиц.
Поскольку сегодня активно изучается вероятность применения дейтерия в качестве топлива при управляемом термоядерном синтезе, возможно, что очень скоро тяжёлую воду будут использовать как новый источник энергии. Стоит отметить, что, кроме тяжёлой, существуют ещё полутяжёлая, сверхтяжёлая вода, а также некоторые модификации изотопов.
Отличия между легкой и тяжелой водой
Визуальное сравнение легкой и тяжелой воды даст возможность убедиться, что по своим внешним признакам они не отличаются. Разницу может ощутить организм человека. С помощью тяжёлой воды замедляются все реакции, а при накоплении дейтерия в организме тормозятся все обменные процессы. В результате необратимые возрастные изменения ускоряются, что влечёт за собой развитие многих болезней, включая онкологические.
А вот лёгкая вода, которая имеет восстановленную структуру, является физиологически очень ценной жидкостью, поскольку:
- доставляет клеткам человеческого организма запас энергии при помощи отрицательного окислительного потенциала;
- отличается слабощелочным рН, который соответствует внутриклеточной и межклеточной жидкости;
- благотворно влияет на обмен веществ благодаря сниженному поверхностному натяжению;
- обеспечивает антиоксидантную защиту клеток.
Тяжелая вода в жизни человека
Очень часто тяжёлую воду, угнетающую всё живое, называют мёртвой. Она содержится практически во всех водах: в реках, морях, озёрах, снеге, дожде… Интересным фактом является то, что в осадках в виде дождя дейтерия несколько больше, чем в снеге. Поскольку, по мнению некоторых исследователей, избыточное употребление тяжелой воды провоцирует многие заболевания, в некоторых случаях необходимо контролировать количество ее потребления.
Ввиду того, что с помощью механических фильтров избавиться от неё невозможно, пожалуй, единственный способ, когда тяжелая вода в домашних условиях может быть отделена от обычной, — при приготовлении талой воды. Именно в ледяной корочке, которая образуется первой при замерзании, содержится дейтерий тяжёлой воды. Поэтому эту корочку необходимо удалить сразу после её появления.
Однако, следуя принципу, что в природе не бывает ничего лишнего, свойства тяжёлой воды и польза от её применения в разных сферах требует тщательного изучения. Ведь она имеет потенциал, который должен быть реализован в будущем.
Тяжелая вода. Изотопы: Видео
Источник
Тяжелая вода была открыта в 1932 году известным ученым Гарольдом Юри.
Тяжёлая вода — оксид дейтерия …
Тяжёлая вода имеет ещё одно название — оксид дейтерия.
Многие из нас слышали про существование «тяжёлой воды», но мало кто знает, почему она называется тяжелой и то, что «тяжелая вода» присутствует в небольших количествах практически во всех обычных водах.
«Тяжелая вода» действительно является «тяжелой» по отношению к обычной воде, поскольку содержит вместо «легкого водорода» 1H тяжелый изотоп 2H или дейтерий (D), вследствие чего ее удельная масса на 10% больше чем у обычной. Химическая формула тяжелой воды — D2O или 2H2O (2H2O).
Предлагаю обратиться к первоисточникам и ознакомиться с точными формулировками «тяжелой воды», данными в словарях и справочниках.
Тяжёлая вода — это …
Термины атомной энергетики
Тяжелая вода (Heavy water) оксид дейтерия, D2О — по сравнению с обычной имеет значительно лучшие ядерно-физические свойства. Она почти не поглощает тепловых нейтронов, поэтому является лучшим замедлителем. Применение тяжелой воды в качестве замедлителя позволяет использовать в качестве топлива природный уран; уменьшается первоначальная загрузка топлива и ежегодное его потребление. Однако стоимость тяжелой воды очень высока.
Термины атомной энергетики. — Концерн Росэнергоатом, 2010
Большой Энциклопедический словарь
ТЯЖЕЛАЯ вода — D2О, изотопная разновидность воды, в молекулах которой атомы водорода заменены атомами дейтерия. Плотность 1,104 г/см³ (3,98 .С), tпл 3,813 .С, tкип 101,43 .С. Соотношение в природных водах Н:D в среднем 6900:1. На организмы действует угнетающе, в больших дозах вызывает их гибель. Замедлитель нейтронов и теплоноситель в ядерных реакторах, изотопный индикатор, растворитель; используется для получения дейтерия. Существуют также сверхтяжелая вода Т2О (Т — тритий) и тяжелокислородная вода, молекулы которой вместо атомов 16О содержат атомы 17О и 18О.
Большой Энциклопедический словарь. 2000
Научно-технический энциклопедический словарь
ТЯЖЕЛАЯ ВОДА (оксид дейтерия, D2O), вода, в которой атомы водорода замещены ДЕЙТЕРИЕМ (изотоп ВОДОРОДА с ОТНОСИТЕЛЬНОЙ АТОМНОЙ МАССОЙ, примерно равной 2, в то время как у обычного водорода относительная атомная масса равна примерно 1. Встречается в малых концентрациях в воде, из которой ее получают ЭЛЕКТРОЛИЗОМ. Тяжелая вода используется как ЗАМЕДЛИТЕЛЬ в некоторых АТОМНЫХ РЕАКТОРАХ.
Научно-технический энциклопедический словарь
Свойства тяжёлой воды
Свойства «тяжелой воды» во многом отличаются от свойств обычной H2O:
- «Тяжелая вода» также как и H2O обычно не имеет ни запаха, ни цвета;
- Образование льда из тяжелой воды происходит при температуре 3,813 °C (температура плавления);
- Закипает тяжелая вода при температуре 101,43 °C (температура кипения);
- Вязкость тяжелой воды на 20% выше вязкости обычной воды;
- Молекулярная масса — 20,034;
- Растворимость — мало растворима в диэтиловом эфире, смешивается с этанолом4
- Плотность (ρ) — 1,1042 г/см3 при температуре 25°C;
- Давление паров — 10 мм.рт.ст при температуре 13.1°C, и 100 мм.рт.ст. при температуре 54°C;
- Показатель преломления (σ) — 1,32844 при температуре 20°C;
- Стандартная энтальпия образования ΔH — 294,6 кДж/моль (ж) (при 298 К);
- Стандартная энергия Гиббса 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. [1]
Где применяется оксид дейтерия
Интересным является тот факт, что ученые, открывшие тяжелую воду, отнеслись к ней как к научному казусу и не увидели больших возможностей в ее применении, впрочем, следует заметить, что такая ситуация, с научными открытиями, не является одиночной. И лишь спустя некоторое время, совершенно другими исследователями, был открыт ее научный и промышленный потенциал.
«Тяжелая вода» применяется:
- В ядерных технологиях;
- В ядерных реакторах, для торможения нейтронов и в качестве теплоносителя;
- В качестве изотопного индикатора в химии, физике, биологии и гидрологии;
- Как детектор некоторых элементарных частиц;
- Вполне вероятно, что в ближайшем будущем «тяжелая вода» станет новым источником Энергии — изучается возможность использования дейтерия (D или 2H) как топлива для управляемого термоядерного синтеза.
В продолжение темы, важно отметить, что существуют также и другие виды тяжелой воды — Полутяжелая вода, Сверхтяжелая и Тяжёлокислородные изотопные модификации воды, с которыми вы можете ознакомиться самостоятельно или в следующих наших публикациях.
Тяжёлая вода и наша жизнь
Тяжелая вода, в отличие от H2O, угнетает все живое. Часто ее называют – Мертвой водой. В ее присутствии все биологические процессы, как минимум, замедляются. В том числе, например, замедляется или прекращается размножение микробов и бактерий. Как уже говорилось выше, «тяжелая вода» содержится во всех обычных водах, с которыми человек, вольно или невольно, соприкасается в жизни – в речных водах, морских, озерных, грунтовых, атмосферных осадках … Интересно отметить, что например, дождь содержит тяжелой воды заметно больше чем снег.
Некоторые исследователи полагают, что употребление избыточного количества «тяжелой воды» способствует старению, а регулярное превышение нормы приводит к тяжелым заболеваниям. Поэтому контроль уровня «тяжелых вод» является жизненно важным. Необходимо знать, что механические фильтры не очищают воду от «тяжелой воды».
Это особо важно учитывать при использовании фильтров обратного осмоса и в первую очередь при опреснении морской воды, поскольку уровень «тяжелой воды» в морской воде, как правило, превышает норму. Известны случаи, когда целые регионы стали жертвами «незнания» этого факта. Люди, проживавшие в этих регионах, регулярно использовали опресненную методом обратного осмоса морскую воду, вследствие чего многие жители заболели тяжелыми болезнями.
Один из методов уменьшения концентрации тяжелой воды в питьевой воде, мы рассматривали в статье Талая вода, приготовление в домашних условиях.
Выводы
Понимая, что в природе нет ничего лишнего, можем утверждать, что тяжелая вода требует от нас особого адекватного отношения, внимания и дальнейшего изучения. Ее потенциал, как говорится, «налицо» и вероятно будет реализован в будущем и возможно в ближайшем.
[1] По материалам — О. В. Мосин «Все о дейтерии и тяжелой воде».
Тяжёлая вода — ее свойства, жизнь и энергия будущего
ДАТА СОЗДАНИЯ ПУБЛИКАЦИИ:
Дек 25, 2014 16:24 Waterman
Источник
Мало кто знает, что воду подразделяют на
простую и тяжелую. Последняя не имеет запаха, цвета или вкуса, поэтому ее
трудно распознать. Главные отличия — это содержание изотопов вместо атомов
водорода и, конечно же, свойства. Открыта тяжелая вода (оксид дейтерия) была
Гарольдом Юри, имеет формулу 2Н2О. Сразу стоит сказать, что она слаботоксична и
способна вызвать серьезные нарушения в организме. Например, у 25% животных
провоцирует бесплодие (при повышенном содержании дейтерия возможна смерть), но
для человека относительно безопасна.
Тяжелая вода
В 1931 году Гарольд Юри впервые обнаружил тяжелую воду, однако через год Гилберт Ньютон Льюис получил чистую тяжеловодородную воду. Именуют ее нередко окисью дейтерия, имеет формулу D20. Если сравнивать с водородом, то дейтерий в 2 раза тяжелее (молекулярная масса простой воды равняется 18 г/моль), и именно это объясняет почему же дейтериевую воду d2o называют тяжелой водой.
Сразу хочется развеять один из мифов.
Многие уверены, что при длительном кипячении в воде повышается концентрация
дейтерия и может привести к последствиям при употреблении. К счастью, это всего
лишь миф, так как концентрация настолько мала, что не вредит человеку.
Если посмотреть на простую и тяжелую воду,
то провести сравнение свойств на
глаз легкой и тяжелой воды невозможно. Организм же человека явно
ощущает разницу между двумя жидкостями. После употребления последней
замедляется метаболизм, при накоплении дейтерия возможно торможение обменных
процессов и развитие необратимых последствий. Одно из них — образование
злокачественных опухолей. Легкая вода человеку необходима, ведь она питает
клетки и обеспечивает им антиоксидантную защиту.
Даже с точки химического состава между
двумя жидкостями практически нет разницы. Обе выделяют водород, одинаково
разлагаются при электролизе и имеют один и тот же состав. Однако физические
свойства кардинально отличаются: температура кипения и замерзания, упругость
пара, плотность, время разложения при электролизе — все это отличает тяжелую
воду от простой.
Свойства тяжелой воды
Ученые множество лет изучали данный вопрос
и выявили: легкая кардинально отличается от свойств тяжелой воды. Практически все из них утверждают, что такая
жидкость непригодна для живых организмов. Рыбы, черви, микробы в ней не смогут
жить, а животные погибнут после употребления. Кроме того, даже аэробные
растения не могут выживать в ней. Основные свойства:
- не имеет запаха, вкуса или цвета;
- кристаллизация тяжелых вод происходит при температуре 3,813°C;
- закипает при температуре 101, 43 °C;
- обладает вязкостью на 20% больше, чем питьевая Н2О;
- имеет молекулярную массу в 20,034 г/моль;
- отличается плотностью в 1,1042 грамм на кубический сантиметр (при температуре 25°C);
- имеет определенное давление паров: 10 мм ртутного столба при 13 градусах и 100 мм при 54 градусах.
Растворить соли в ней гораздо труднее, чем
в питьевой жидкости. Кроме того, жесткая вода не способна поглощать
нейтроны. Существовать могут в ней только водоросли и бактерии. Для
человека сверхтяжелая водав
минимальных объемах практически безопасна и быстро выводится из организма, плюс
ко всему она содержится в обычной в небольшой концентрации.
Где применяется тяжелая вода
Довольно долго после открытия было
непонятно куда и как можно применять тяжелую воду. Несколько десятилетий
исследований все-таки привели к тому, что D20 стали использовать в промышленных и научных
целях. Список огромен, но самыми основными считают следующие сферы:
- ядерная энергетика, медицина, оружие;
- другие направления ядерных технологий, где необходимо торможение нейтронов;
- наука (физика, химия, гидрология, биология);
- детектор частиц.
Например, тяжелая вода предотвращает
размножение грибов и бактерий, что необходимо в медицине. Увеличение
концентрации дейтерия до 50% приведет к антимутагенным свойствам, а это
ускоряет половое созревание у человека и рост биологической массы.
Многолетние исследования и опыты на мышах
с раковыми опухолями привели к следующему результату. Болезнь действительно
отступала после применения жесткой воды, однако подопытный умирал. Употребление
жидкости животными приводит к разрушению органов мочеполовой системы и
нарушению обмена веществ. Если дозировка дейтерия превышает норму в несколько
раз, то организм погибает. Нередко жесткую воду называют мертвой ведь она
тормозит все биологические процессы.
Есть и положительная сторона применения тяжелой
воды. Небольшой объем (до 20-25%) увеличивает вес животных и улучшает приплод,
например, куры начинают нести больше яиц. Человек сталкивается с мертвой водой,
как минимум, несколько раз в год. Реки, моря, озера, осадки — все это содержит
определенное количество дейтерия. Удивительный факт: в дожде сверхтяжелая вода содержитсяв
более высокой концентрации, чем в снегу.
Необходимо различать и контролировать
жесткость воды, иначе не избежать последствий. Превышение концентрации приводит
к преждевременному старению (это касается не только красоты, но и всего
организма в целом) и даже развитию онкологических заболеваний. Как правило, это
касается регионов, где используются для очистки фильтры обратного осмоса или
опреснение морской воды. Иногда процент заболеваемости в таких местах превышает
показатели ближайших регионов.
Пока науке не до конца понятно, стоит ли
окончательно избавляться от дейтерия и как это вообще сделать. Не исключено,
что жидкость в скором времени будут использовать в виде нового источника
энергии. К удивлению, многих, есть не только простая и тяжелая вода. Ученые
выделяют полутяжелую и сверхтяжелую жидкости, а также различные модификации
изотопов.
Тяжелая вода была открыта почти 90 лет
назад. Все это время ученые продолжают изучать ее и искать ответы на многие
вопросы, касающиеся свойств, сферы применения и опасности жидкости. Точно можно
сказать, что она отличается от обычной несколькими характеристиками, но при
этом ее невозможно отличить по вкусу или запаху.
Источник