Изотопный состав воды. Изотопная вода


Информация о воде: Изотопные модификации

   И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

Лёгкая вода (основная составляющая привычной людям воды) h3O.

Тяжёлая вода (дейтериевая) D2O.

Сверхтяжёлая вода (тритиевая) T2O.

Тритий-дейтериевая вода TDO

Тритий-протиевая вода THO

Дейтерий-протиевая вода DHO

  Последние три вида возможны, так как молекула воды содержит два атома водорода. Протий — самый легкий изотоп водорода. Дейтерий имеет атомную массу 2,0141017778 а.е.м.. Тритий — самый тяжелый, атомная масса 3,0160492777 а.е.м..

Известно, что тяжёлая вода не поддерживает жизни, то есть большинство живых организмов (за исключением некоторых микроорганизмов и грибов) в такой воде умирает.

  По стабильным изотопам кислорода 16O, 17O и 18O существуют три разновидности молекул воды. Таким образом, по изотопному составу существуют 18 различных молекул воды. В действительности любая вода содержит все разновидности молекул.

  Атомы водорода и кислорода, образующие воду, или окись водорода, могут иметь различные массовые числа и отличаться друг от друга своими физико-химическими свойствами, но при этом они имеют одинаковый электрический заряд атомных ядер и поэтому занимают в периодической системе элементов одно и то же место. Такие разновидности атомов одного и того же химического элемента называются изотопами.

  Известны пять водородов и пять кислородов. Правда, по два из них (4Н, 5Н, 14О и 15О) радиоактивны и очень короткоживущи. Например, длительность существования водорода-4 – 4•10-11 сек. Такие короткоживущие изотопы из нашего рассмотрения исключены.

  Итак, наиболее широко известны следующие изотопы водорода: протий 1Н (с относительной атомной массой 1) дейтерий 2Н, или D (с относительной атомной массой 2) и тритий 3Н, или Т (с относительной атомной массой 3) наиболее тяжелый, но слаборадиоактивный водород (его период полураспада 12,3 года), и изотопы кислорода: 16О, 17О и 18О. Эти шесть изотопов могут образовывать 18 изотопических разновидностей воды: 1h316О; 1HD16О; D216О; 1HT16О; DT16О; T2О16; 1Н217О; 1НD17О; D217O; lНT17O; DТ17О; Т217О; 1Н218О; 1НD18О; D218O; 1HT18O; DT18O; Т218О.

  Тритий и кислород-17 обнаружены в природных водах только в виде следов, а дейтерий и кислород-18 - в ощутимых количествах, которые мы приводим в таб. 2, где одновременно эти условные количества сопоставляем с содержанием в морской воде некоторых других элементов.

  Объединив изотопные составные природной воды, можем сказать, следующее: в земных водах содержится «легкой» воды 99,75, тяжелой кислородной - 0,18 и тяжелой водородной - 0,017%. Разумеется, это приближенные осредненные данные. На Земле на 6800 атомов протия приходится один атом дейтерия, а в межзвездном пространстве один атом дейтерия приходится уже на 200 атомов протия.

  Дейтерий образуется при расщеплении ядер гелия, когда они сталкиваются друг с другом и происходит захват нейтрона протоном.

  Атмосферная вода в процессе круговорота обогащается дейтерием в результате диссипации протия в космическое пространство. Именно благодаря этому дождевая вода более богата тяжелым водородом.

  Тритий может поступать в атмосферу в результате космических процессов, а также обогащать земную воду, правда в очень небольших количествах, сверхтяжелой водой.

В атмосфере наблюдается некоторый избыток тяжелого кислорода-18, поступающего в результате разложения растений, содержащих его в повышенных количествах.

  Изотопические разновидности воды различаются прежде всего своими физико-химическими характеристиками. Дейтерий обладает высокой гигроскопичностью, с жадностью поглощая влагу из воздуха и из стенок сосуда. Растворимость некоторых солей в тяжелой воде заметно меньше, чем в обыкновенной; с повышением содержания дейтерия отмечается уменьшение скорости некоторых реакций.

  Водород воды имеет три изотопа: протий 1Н (протон + электрон), дейтерий 2Н или Д (протон + нейтрон + электрон), тритий 3Н или Т (протон + два нейтрона + электрон), с массовыми числами соответственно 1, 2 и 3. Протий и дейтерий – стабильные изотопы. Тритий – бета радиоактивен, период полураспада равен 12,26 года. Атомы Н бывают разной степени возбуждения.

  Кроме водорода, изотопы обнаружены и у кислорода, их пять, кроме известного всем стабильного изотопа О16 (с молекулярным весом 16). Три из них оказались радиоактивными – О14, О15 и О19, а О17 и О18 – стабильными. О16, О17 и О18 содержатся во всех природных водах, причем их соотношение (с колебаниями до 1%) таково: на 10000 частей О16 приходится 4 части О17 и 20 частей О18.

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

  Учитывая все разнообразие изотопного состава водорода и кислорода, можно говорить о большом разнообразии изотопных разновидностей воды. Девять из них включают только стабильные изотопы и составляют основное содержание природной воды. В ней преобладает обычная вода Н12О16 (99,73%), далее следует тяжелокислородные воды Н12О17 (0,04%) и Н12О18 (0,2%), а также изотопная разновидность тяжелой воды h2D1O16 (0,03%).

Кислорода в человеке 60%, но по количеству атомов все живые существа на 2/3 состоят из атомов водорода и на ¼ из атомов кислорода. Изотопное отношение: П:Д = 1:4700 в материковых водах, П:Д = 1:6800 атомов в морской воде. То есть концентрация в материковых водах Д = 0,0135 ат.% или 0,015 вес%, в морской воде Д = 0,015 ат.% или 0,017 вес%. В природной воде содержание трития ничтожно – всего 10-18 атомных процента. И тем не менее он есть и в питьевой воде.

  Поскольку Вселенная в основном состоит из атомов водорода, космические ядра водорода протоны, пронизывая атмосферу, захватывают О2, образуют Н2О. В этой воде много трития и дейтерия. Каждые сутки на Землю падает 1,5 тонны тритиевой-дейтерированой воды. Поэтому основным источником природного трития, дейтерия и радиоактивных кислородов является атмосфера.

nasha-voda.blogspot.ru

Изотопный состав воды — Википедия

Изотопный состав воды — процент содержание молекул с различной изотопной массой (изотопологов) в воде. Содержание воды, состоящей из лёгких стабильных изотопов 1h316O («лёгкой воды», в отличие от содержащей повышенное количество тяжелого изотопа водорода 2H «тяжёлой воды») в природной воде составляет 99.73 — 99.76 мол.%.[1][2]

Изотопы — разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковые заряд ядра и строение электронных оболочек, различающиеся по массе ядер. Разница масс обусловлена тем, что ядра изотопов содержат одинаковое число протонов p и различное число нейтронов n. Комбинации различных атомов-изотопов дают набор молекул-изотопологов.

Изотопологи — молекулы, различающиеся только по изотопному составу атомов, из которых они состоят. Изотополог имеет в своём составе, по крайней мере, один атом определенного химического элемента, отличающийся по количеству нейтронов от остальных.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Водород имеет два стабильных изотопа — протий (Н) — 1H и дейтерий (D) — 2H.

У кислорода три устойчивых изотопа: 16O, 17O и 18O (табл.1).

Таблица 1. Изотопы воды Элемент Водород Кислород Изотоп Н D 16O 17O 18O Количество протонов в ядре 1 1 8 8 8 Количество нейтронов в ядре 0 1 8 9 10 Атомная масса 1 2 16 17 18

Комбинации 5 стабильных изотопов водорода и кислорода дают набор 9 молекул-изотопологов воды (табл.2).

Таблица 2. Изотопологи воды Изотополог 1h316O 1HD16O D216O 1h317O 1HD17O D217O 1h318O 1HD18O D218O Изотопы водорода 1H 1H, D D 1H 1H, D D 1H 1H, D D Изотопы кислорода 16O 16O 16O 17O 17O 17O 18O 18O 18O Молекулярная масса 18 19 20 19 20 21 20 21 22

Молекула 1h316O является самой лёгкой из совокупности всех изотопологов воды. Именно воду 1h316O следует считать классической или лёгкой водой.

Лёгкая вода как моноизотопная композиция 1h316O является предельным случаем изотопной чистоты. В естественных условиях такой чистой лёгкой воды не существует. Для получения изотополога 1h316O ведут тонкую многостадийную очистку природных вод или синтезируют из исходных элементов 1h3 и 16O2.

Природная вода представляет собой многокомпонентную смесь изотопологов. Содержание самого лёгкого изотополога в ней значительно превосходит концентрацию всех остальных вместе взятых. В природных водах в 1000000 молекул в среднем содержится 997284 молекул 1h316O, 311 молекул 1HD16O, 390 молекул 1h317O, и около 2005 молекул 1h318O.

Концентрация молекул воды, содержащих тяжёлые изотопы D, 17O, 18O, в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы SMOW и SLAP (табл.3). Весовые количества изотопологов в природной воде рассчитаны на основании данных прямого определения их содержания методом молекулярной спектроскопии[3].

Таблица 3. Рассчитанные весовые количества изотопологов в природной воде, соответствующие международным стандартам SMOW (средняя молекулярная масса = 18,01528873) и SLAP (средняя молекулярная масса = 18,01491202),[4]. Изотополог воды Молекулярная масса Содержание, г/кг SMOW SLAP 1h316O 18,01056470 997,032536356 997,317982662 1HD16O 19,01684144 0,328000097 0,187668379 D216O 20,02311819 0,000026900 0,000008804 1h317O 19,01478127 0,411509070 0,388988825 1HD17O 20,02105801 0,000134998 0,000072993 D217O 21,02733476 0,000000011 0,000000003 1h318O 20,01481037 2,227063738 2,104884332 1HD18O 21,02108711 0,000728769 0,000393984 D218O 22,02736386 0,000000059 0,000000018

Как видно из таблицы 3, в природной воде весовая концентрация тяжёлых изотопологов может достигать 2,97 г/кг, что является значимой величиной, сопоставимой, например, с содержанием минеральных солей.

Природная вода, близкая по содержанию изотополога 1h316O к стандарту SLAP, а также специально очищенная с существенно увеличенной долей этого изотополога по сравнению со стандартом SLAP, определяется как особо чистая лёгкая вода (менее строгое определение, которое применимо в реальной жизни).

В лёгкой воде доля самого лёгкого изотополога составляет (мол.%):

99.76 < 1h316O ≤ 100.

Если из воды, отвечающей стандарту SMOW, удалить все тяжёлые молекулы, массовое содержание которых составляет 2,97 г/кг и заменить их на 1h316O, то масса 1 л такой лёгкой и изотопно чистой воды уменьшится на 250 мг. Таким образом, параметры лёгкой воды, в первую очередь, её «лёгкость» и изотопный состав поддаются измерению с помощью таких методов, как масс-спектрометрия, гравиметрия, лазерная абсорбционная спектроскопия[5], ЯМР.

Международные стандарты на природные воды различного изотопного состава[править | править код]

Содержание тяжёлых изотопов водорода и кислорода в природных водах определяется двумя международными стандартами, введенными Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ)[6][7]:

  • Стандарт VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water) определяет изотопный состав глубинной воды Мирового океана.
  • Стандарт SLAP (Standard Light Antarctic Precipitation) определяет изотопный состав природной воды из Антарктики.

По международному стандарту VSMOW абсолютное содержание дейтерия и кислорода-18 в океанической воде составляет[8] : D VSMOW /1H VSMOW=(155,76±0,05)·10−6, или 155,76 ppm 18O VSMOW/16O VSMOW =(2005,20±0,45)·10−6, или 2005 ppm. Для стандарта SLAP концентрации в воде составляют[9]: дейтерия D/H=89·10−6 или 89 ppm, кислорода-18 18O/16O=1894·10−6 или 1894 ppm.

Содержание лёгкого изотополога 1h316O в воде, соответствующей по изотопному составу VSMOW, составляет 997,0325 г/кг (99,73 мол. %). Доля самого лёгкого изотополога в воде, соответствующей по изотопному составу SLAP, составляет 997,3179 г/кг (99,76 мол. %).

Стандарт SLAP характеризует самую лёгкую природную воду на Земле. Вода в различных точках земного шара неодинакова по своей лёгкости.

Изотопологи отличаются друг от друга по физическим, химическим и биологическим свойствам (табл.4).

Таблица 4. Изменение физических свойств воды при изотопном замещении Физические свойства 1h316O D216O 1h318O
Плотность при 20 °C, г/см3 0.9970 1.1051 1.1106
Температура максимальной плотности, °C 3.98 11.24 4.30
Температура плавления при 1 атм, °C 0 3.81 0.28
Температура кипения при 1 атм, °C 100 101,42 100,14
Давление пара при 100 °C, Торр 760,00 721,60 758,10
Вязкость при 20 °C, сантипуаз 1,002 1,247 1,056

Равновесное давление паров у изотопологов воды различается, и весьма существенно. Чем меньше масса молекулы воды, тем выше давление пара, а это означает, что пар, равновесный с водой, всегда обогащён лёгкими изотопами кислорода и водорода. Относительно малой массы элементов разница масс изотопов велика, поэтому они способны сильно фракционировать в природных процессах: D/H → 100 %, 18O/16O →12,5 %. Изотопы водорода и кислорода наиболее эффективно фракционируют в процессах испарения-конденсации и кристаллизации воды.

Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о различии физико-химических свойств легкой воды и деионизированной воды природного изотопного состава[10].

Тяжёлые изотопологи в природной воде являются примесями по отношению к 1h316O, которые по некоторым исследованиям можно рассматривать как дефекты структуры[11].

Устранение гетерогенности воды по изотопному составу приводит к увеличению её гомогенности. Лёгкая вода является более однородной жидкостью. Тяжелоизотопные молекулы, содержащиеся в воде в природных концентрациях, практически не оказывают заметного влияния на неживые системы. В наибольшей степени эффекты лёгкой воды проявляются на биологических объектах, для которых характерны каскадные реакции.

Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений её изотопного состава. В ходе эволюции живых организмов произошёл отбор биохимических процессов с настройкой их только на один изотоп, как правило, лёгкий[12]. В организме человека происходит «фракционирование изотопов, сопровождающееся удалением тяжёлых стабильных изотопов водорода и кислорода воды»[13]. Применение воды с повышенной концентрацией тяжёлых изотопов, в частности, дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма[14][15]. В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод с пониженным, относительно природного, содержанием тяжелых изотопологов, в частности дейтерия и кислорода 18[16][17]. Проводимые в ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем» РАН систематические исследования по созданию среды обитания космонавтов с оптимальным изотопным составом биогенных химических элементов показали, что вода с пониженным по сравнению с природным содержанием тяжелоизотопных молекул является необходимым компонентом системы жизнеобеспечения космонавтов во время длительных полётов[18]

Биологические свойства[править | править код]

В качестве универсальной среды, в которой идут все биологические реакции, лёгкая вода увеличивает скорость этих реакций по сравнению с водой природного изотопного состава. Этот эффект известен под названием кинетический изотопный эффект растворителя[19].

Транспортные свойства легкой воды доказаны при изучении влияния тяжелых изотопологов в составе природной воды на динамику выведения красителя метиленового синего из обонятельной системы шпорцевых лягушек[20].

Наиболее сильное влияние очистка воды от тяжёлых изотопологов оказывает на энергетический аппарат живой клетки. Дыхательную цепь митохондрий отличают каскадные реакции. Тяжёлые изотопологи замедляют скорость реакций дыхательной цепи. На примере реакции генерации перекиси водорода митохондриями с янтарной кислотой в качестве субстрата экспериментально доказан общий ингибирующий эффект тяжёлых изотопологов воды. Снижение их содержания в воде до уровня ниже природных концентраций деингибирует и достоверно ускоряет исследованную реакцию[21].

Лёгкая вода проявляет противоопухолевую активность, что показано в работах учёных, проводимых в исследовательских центрах разных стран[22][23][24][25]. По данным Г.Шомлаи, результаты клинических испытаний, проведённых в 1994—2001 гг. в Венгрии, показали, что уровень выживаемости больных, употреблявших лёгкую воду в сочетании с традиционными методами лечения или после них выше, чем у больных, использовавших только химио- или лучевую терапию[26].

Токсикопротекторные свойства легкой воды подтверждены экспериментальными исследованиями[27] , из которых следует, что легкая вода, очищенная от тяжелых изотопологов, за счет своих транспортных свойств эффективно выводит токсины и продукты метаболизма из организма.

Также отмечено влияние легкой воды на пациентов с сахарным диабетом II типа. Результаты открытого предклинического исследования продолжительностью 90 дней показали, что под действием легкой воды у добровольцев снизился повышенный уровень глюкозы натощак и снизилась инсулинорезистентность[28].

  1. ↑ Кульский Л. А., Даль В. В., Ленчина Л. Вода знакомая и загадочная.- Киев: «Радянська школа», 1982.- 120 с.
  2. ↑ Петрянов-Соколов И. В. Самое необычное вещество в мире.// Химия и жизнь. 2007. № 1. с.26.
  3. ↑ Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1998, 60, 665. Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 2003, 82, p.9.
  4. ↑ Патент RU 2295493. «Способ и установка для производства лёгкой воды». Соловьев С. П.
  5. ↑ Lis G., Wassenaar L. I., Hendry M. J. High-Precision Laser Spectroscopy D/H and 18O/16O Measurements of Microliter Natural Water Samples.// Anal. Chem. 2008. V. 80 (1). P. 287—293
  6. ↑ Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983 г.
  7. ↑ Craig, H. Standard for Reporting Concentrations of Deuterium and Oxygen-18 in Natural Waters. // Science. 1961. V. 133. PP. 1833−1834.
  8. ↑ Hagemann R., Niff G., Roth E. Absolute isotopic scale for deuterium analysis of natural waters. Absolute D/H ratio for SMOW. // Tellus. 1970. V.22. N6. PP.712-715.
  9. ↑ De Wit J.C., van der Straaten C.M.; Mook W.G. Determination of the Absolute Hydrogen Isotopic Ratio of VSMOW and SLAP. // Geostandards Newsletter. 1980. V. 4. N. 1. PP. 33−36.
  10. ↑ V.V. Goncharuk, V.B. Lapshin, T.N. Burdeinaya, T.V. Pleteneva, A.S. Chernopyatko et al. Physicochemical Properties and Biological Activity of the Water Depleted of Heavy Isotopes // 2011, published in Khimiya i Tekhnologiya Vody, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 15-25. Journal of Water Chemistry and Technology, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 8-13.
  11. ↑ Смирнов А. Н., Лапшин В. Б., Балышев А. В., Лебедев И. М., Гончарук В. В., Сыроешкин А. В. Структура воды: гигантские гетерофазные кластеры воды. // Химия и технология воды. — 2005.- № 2. — C. 11-37; Смирнов А. Н., Сыроешкин А. В. Супранадмолекулярные комплексы воды. // Рос. хим. ж. — 2004.- Т.48 — № 2. — C. 125—135
  12. ↑ Синяк Ю. Е.., Григорьев А. И. Оптимальный изотопный состав биогенных химических элементов на борту пилотируемых космических аппаратов. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1996. Т. 30, № 4, С. 26.
  13. ↑ Синяк Ю. Е., Скуратов В. М., Гайдадымов В. Б., Иванова С. М., Покровский Б. Г. Григорьев А. И. Исследование фракционирования стабильных изотопов водорода и кислорода на международной космической станции. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005. Т. 39, № 6, С. 43.
  14. ↑ Денько Е. И. Действие тяжёлой воды (D2O) на клетки животных, растений и микроорганизмы. // Усп. совр. биол.. 1970. Т. 70, № 4, С. 41.
  15. ↑ Лобышев В. И. Механизмы термодинамических и кинетических изотопных эффектов D2O в биологических системах Автореф. докт. диссертации. Москва, — 1987 (биофак МГУ)
  16. ↑ GLEASON J.D., FRIEDMAN I. Oats may grow better in water depleted in oxygen 18 and deuterium. NATURE 256, 305 (24 July 1975)
  17. ↑ Bild W, Năstasă V, Haulică I. In vivo and in vitro research on the biological effects of deuterium-depleted water: 1. Influence of deuterium-depleted water on cultured cell growth. // Rom J. Physiol. 2004. V.41. N 1-2. P:53-67.
  18. ↑ Sinyak Y., Grigoriev A., Gaydadimov V., Gurieva T., Levinskih M., Pokrovskii B. Deuterium-free water (1h3O) in complex life-support systems of long-tern space missions. // Acta Astronautica. 2003. V. 52, P. 575.
  19. ↑ Райхардт К. «Растворители и эффекты среды в органической химии». -М.: «Мир», 1991. — 763 с.
  20. ↑ Т. Н. Бурдейная, В. А. Поплинская, А. С. Чернопятко, Э. Н. Григорян. Влияние легкой воды на динамику выведения красителя из обонятельной системы личинок Xenopus laevis // Вода: химия и экология 2011.-№ 9 — C. 86-91
  21. ↑ Pomytkin I.A., Kolesova O.E. //Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2006. V.142. N 5.
  22. ↑ Gyöngyi Z, Somlyai G. Deuterium depletion can decrease the expression of C-myc Ha-ras and p53 gene in carcinogen-treated mice. // In Vivo. 2000. V.14. N.3. P. 437.
  23. ↑ Berdea P., Cuna S., Cazacu M., Tudose M. Deuterium variation of human blood serum. // Studia Universitatis Babeş-Bolyai, Physica. 2001. Special issue
  24. ↑ Krempels K., Somlyai I., Somlyai G. A Retrospective Evaluation of the Effects of Deuterium Depleted Water Consumption on 4 Patients with Brain Metastases from Lung Cancer. // Integrative Cancer Therapies. 2008. V.7. N.3. P. 172—181.
  25. ↑ Cong F.-S., Zhang Y.-R., Sheng H.-C., Ao Z.-H., Zhang S.-Y., Wang J.-Y. Deuterium-depleted water inhibits human lung carcinoma cell growth by apoptosis. // Experimental and Therapeutic Medicine. 2010. V.1. N.2. P.277-283
  26. ↑ Somlyai G. «Let’s Defeat Cancer!». Akadémiai Kiadó, Budapest, 2001.
  27. ↑ Doina P.M. et al., Bulletin UASVM, Veterinary Medicine. 2008. V.65(1). P.1843
  28. ↑ Gábor Somlyai, Miklós Molnár, Ildikó Somlyai, István Fórizs, György Czuppon Effect of subnormal level of.... — 2015-06-08.

ru.bywiki.com

Изотопный состав воды — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Изотопный состав воды — процент содержание молекул с различной изотопной массой (изотопологов) в воде. Содержание воды, состоящей из лёгких стабильных изотопов 1h316O («лёгкой воды», в отличие от содержащей повышенное количество тяжелого изотопа водорода 2H «тяжёлой воды») в природной воде составляет 99.73 — 99.76 мол.%.[1][2]

Изотопика воды

Изотопы — разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковые заряд ядра и строение электронных оболочек, различающиеся по массе ядер. Разница масс обусловлена тем, что ядра изотопов содержат одинаковое число протонов p и различное число нейтронов n. Комбинации различных атомов-изотопов дают набор молекул-изотопологов.

Изотопологи — молекулы, различающиеся только по изотопному составу атомов, из которых они состоят. Изотополог имеет в своём составе, по крайней мере, один атом определенного химического элемента, отличающийся по количеству нейтронов от остальных.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Водород имеет два стабильных изотопа — протий (Н) — 1H и дейтерий (D) — 2H.

У кислорода три устойчивых изотопа: 16O, 17O и 18O (табл.1).

Таблица 1. Изотопы воды

Элемент Водород Кислород Изотоп Н D 16O 17O 18O Количество протонов в ядре 1 1 8 8 8 Количество нейтронов в ядре 0 1 8 9 10 Атомная масса 1 2 16 17 18

Комбинации 5 стабильных изотопов водорода и кислорода дают набор 9 молекул-изотопологов воды (табл.2).

Таблица 2. Изотопологи воды

Изотополог 1h316O 1HD16O D216O 1h317O 1HD17O D217O 1h318O 1HD18O D218O Изотопы водорода 1H 1H, D D 1H 1H, D D 1H 1H, D D Изотопы кислорода 16O 16O 16O 17O 17O 17O 18O 18O 18O Молекулярная масса 18 19 20 19 20 21 20 21 22

Молекула 1h316O является самой лёгкой из совокупности всех изотопологов воды. Именно воду 1h316O следует считать классической или лёгкой водой.

Лёгкая вода как моноизотопная композиция 1h316O является предельным случаем изотопной чистоты. В естественных условиях такой чистой лёгкой воды не существует. Для получения изотополога 1h316O ведут тонкую многостадийную очистку природных вод или синтезируют из исходных элементов 1h3 и 16O2. Природная вода представляет собой многокомпонентную смесь изотопологов. Содержание самого лёгкого изотополога в ней значительно превосходит концентрацию всех остальных вместе взятых. В природных водах в 1000000 молекул в среднем содержится 997284 молекул 1h316O, 311 молекул 1HD16O, 390 молекул 1h317O, и около 2005 молекул 1h318O. Концентрация молекул воды, содержащих тяжёлые изотопы D, 17O, 18O, в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы SMOW и SLAP (табл.3). Весовые количества изотопологов в природной воде рассчитаны на основании данных прямого определения их содержания методом молекулярной спектроскопии[3].

Таблица 3. Рассчитанные весовые количества изотопологов в природной воде, соответствующие международным стандартам SMOW (средняя молекулярная масса = 18,01528873) и SLAP (средняя молекулярная масса = 18,01491202),[4].

Изотополог воды Молекулярная масса Содержание, г/кг SMOW SLAP 1h316O 18,01056470 997,032536356 997,317982662 1HD16O 19,01684144 0,328000097 0,187668379 D216O 20,02311819 0,000026900 0,000008804 1h317O 19,01478127 0,411509070 0,388988825 1HD17O 20,02105801 0,000134998 0,000072993 D217O 21,02733476 0,000000011 0,000000003 1h318O 20,01481037 2,227063738 2,104884332 1HD18O 21,02108711 0,000728769 0,000393984 D218O 22,02736386 0,000000059 0,000000018

Как видно из таблицы 3, в природной воде весовая концентрация тяжёлых изотопологов может достигать 2,97 г/кг, что является значимой величиной, сопоставимой, например, с содержанием минеральных солей.

Природная вода, близкая по содержанию изотополога 1h316O к стандарту SLAP, а также специально очищенная с существенно увеличенной долей этого изотополога по сравнению со стандартом SLAP, определяется как особо чистая лёгкая вода (менее строгое определение, которое применимо в реальной жизни).

В лёгкой воде доля самого лёгкого изотополога составляет (мол.%): 99.76 < 1h316O ≤ 100.

Если из воды, отвечающей стандарту SMOW, удалить все тяжёлые молекулы, массовое содержание которых составляет 2,97 г/кг и заменить их на 1h316O, то масса 1 л такой лёгкой и изотопно чистой воды уменьшится на 250 мг. Таким образом, параметры лёгкой воды, в первую очередь, её «лёгкость» и изотопный состав поддаются измерению с помощью таких методов, как масс-спектрометрия, гравиметрия, лазерная абсорбционная спектроскопия[5], ЯМР.

Международные стандарты на природные воды различного изотопного состава

Содержание тяжёлых изотопов водорода и кислорода в природных водах определяется двумя международными стандартами, введенными Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ)[6][7]:

  • Стандарт VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water) определяет изотопный состав глубинной воды Мирового океана.
  • Стандарт SLAP (Standard Light Antarctic Precipitation) определяет изотопный состав природной воды из Антарктики.

По международному стандарту VSMOW абсолютное содержание дейтерия и кислорода-18 в океанической воде составляет[8] : D VSMOW /1H VSMOW=(155,76±0,05)·10−6, или 155,76 ppm 18O VSMOW/16O VSMOW =(2005,20±0,45)·10−6, или 2005 ppm. Для стандарта SLAP концентрации в воде составляют[9]: дейтерия D/H=89·10−6 или 89 ppm, кислорода-18 18O/16O=1894·10−6 или 1894 ppm.

Содержание лёгкого изотополога 1h316O в воде, соответствующей по изотопному составу VSMOW, составляет 997,0325 г/кг (99,73 мол. %). Доля самого лёгкого изотополога в воде, соответствующей по изотопному составу SLAP, составляет 997,3179 г/кг (99,76 мол. %).

Стандарт SLAP характеризует самую лёгкую природную воду на Земле. Вода в различных точках земного шара неодинакова по своей лёгкости.

Свойства и эффекты лёгкой воды

Изотопологи отличаются друг от друга по физическим, химическим и биологическим свойствам (табл.4).

Таблица 4. Изменение физических свойств воды при изотопном замещении

Физические свойства 1h316O D216O 1h318O
Плотность при 20 °C, г/см3 0.9970 1.1051 1.1106
Температура максимальной плотности, °C 3.98 11.24 4.30
Температура плавления при 1 атм, °C 0 3.81 0.28
Температура кипения при 1 атм, °C 100 101,42 100,14
Давление пара при 100 °C, Торр 760,00 721,60 758,10
Вязкость при 20 °C, сантипуаз 1,002 1,247 1,056

Равновесное давление паров у изотопологов воды различается, и весьма существенно. Чем меньше масса молекулы воды, тем выше давление пара, а это означает, что пар, равновесный с водой, всегда обогащён лёгкими изотопами кислорода и водорода. Относительно малой массы элементов разница масс изотопов велика, поэтому они способны сильно фракционировать в природных процессах: D/H → 100 %, 18O/16O →12,5 %. Изотопы водорода и кислорода наиболее эффективно фракционируют в процессах испарения-конденсации и кристаллизации воды.

Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о различии физико-химических свойств легкой воды и деионизированной воды природного изотопного состава[10].

Тяжёлые изотопологи в природной воде являются примесями по отношению к 1h316O, которые по некоторым исследованиям можно рассматривать как дефекты структуры[11].

Устранение гетерогенности воды по изотопному составу приводит к увеличению её гомогенности. Лёгкая вода является более однородной жидкостью. Тяжелоизотопные молекулы, содержащиеся в воде в природных концентрациях, практически не оказывают заметного влияния на неживые системы. В наибольшей степени эффекты лёгкой воды проявляются на биологических объектах, для которых характерны каскадные реакции.

Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений её изотопного состава. В ходе эволюции живых организмов произошёл отбор биохимических процессов с настройкой их только на один изотоп, как правило, лёгкий[12]. В организме человека происходит «фракционирование изотопов, сопровождающееся удалением тяжёлых стабильных изотопов водорода и кислорода воды»[13]. Применение воды с повышенной концентрацией тяжёлых изотопов, в частности, дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма[14][15]. В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод с пониженным, относительно природного, содержанием тяжелых изотопологов, в частности дейтерия и кислорода 18[16][17]. Проводимые в ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем» РАН систематические исследования по созданию среды обитания космонавтов с оптимальным изотопным составом биогенных химических элементов показали, что вода с пониженным по сравнению с природным содержанием тяжелоизотопных молекул является необходимым компонентом системы жизнеобеспечения космонавтов во время длительных полётов[18]

Биологические свойства

В качестве универсальной среды, в которой идут все биологические реакции, лёгкая вода увеличивает скорость этих реакций по сравнению с водой природного изотопного состава. Этот эффект известен под названием кинетический изотопный эффект растворителя[19].

Транспортные свойства легкой воды доказаны при изучении влияния тяжелых изотопологов в составе природной воды на динамику выведения красителя метиленового синего из обонятельной системы шпорцевых лягушек[20].

Наиболее сильное влияние очистка воды от тяжёлых изотопологов оказывает на энергетический аппарат живой клетки. Дыхательную цепь митохондрий отличают каскадные реакции. Тяжёлые изотопологи замедляют скорость реакций дыхательной цепи. На примере реакции генерации перекиси водорода митохондриями с янтарной кислотой в качестве субстрата экспериментально доказан общий ингибирующий эффект тяжёлых изотопологов воды. Снижение их содержания в воде до уровня ниже природных концентраций деингибирует и достоверно ускоряет исследованную реакцию[21].

Лёгкая вода проявляет противоопухолевую активность, что показано в работах учёных, проводимых в исследовательских центрах разных стран[22][23][24][25]. По данным Г.Шомлаи, результаты клинических испытаний, проведённых в 1994—2001 гг. в Венгрии, показали, что уровень выживаемости больных, употреблявших лёгкую воду в сочетании с традиционными методами лечения или после них выше, чем у больных, использовавших только химио- или лучевую терапию[26].

Токсикопротекторные свойства легкой воды подтверждены экспериментальными исследованиями[27] , из которых следует, что легкая вода, очищенная от тяжелых изотопологов, за счет своих транспортных свойств эффективно выводит токсины и продукты метаболизма из организма.

Также отмечено влияние легкой воды на пациентов с сахарным диабетом II типа. Результаты открытого предклинического исследования продолжительностью 90 дней показали, что под действием легкой воды у добровольцев снизился повышенный уровень глюкозы натощак и снизилась инсулинорезистентность[28].

См. также

Напишите отзыв о статье "Изотопный состав воды"

Примечания

  1. ↑ Кульский Л. А., Даль В. В., Ленчина Л. Вода знакомая и загадочная.- Киев: «Радянська школа», 1982.- 120 с.
  2. ↑ Петрянов-Соколов И. В. Самое необычное вещество в мире.// Химия и жизнь. 2007. № 1. с.26.
  3. ↑ Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1998, 60, 665. Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 2003, 82, p.9.
  4. ↑ [www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet?DB=RUPAT&rn=6221&DocNumber=2295493&TypeFile=pdf Патент RU 2295493. «Способ и установка для производства лёгкой воды». Соловьев С. П.]
  5. ↑ Lis G., Wassenaar L. I., Hendry M. J. High-Precision Laser Spectroscopy D/H and 18O/16O Measurements of Microliter Natural Water Samples.// Anal. Chem. 2008. V. 80 (1). P. 287—293
  6. ↑ Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983 г.
  7. ↑ Craig, H. Standard for Reporting Concentrations of Deuterium and Oxygen-18 in Natural Waters. // Science. 1961. V. 133. PP. 1833−1834.
  8. ↑ Hagemann R., Niff G., Roth E. Absolute isotopic scale for deuterium analysis of natural waters. Absolute D/H ratio for SMOW. // Tellus. 1970. V.22. N6. PP.712-715.
  9. ↑ De Wit J.C., van der Straaten C.M.; Mook W.G. Determination of the Absolute Hydrogen Isotopic Ratio of VSMOW and SLAP. // Geostandards Newsletter. 1980. V. 4. N. 1. PP. 33−36.
  10. ↑ V.V. Goncharuk, V.B. Lapshin, T.N. Burdeinaya, T.V. Pleteneva, A.S. Chernopyatko et al. Physicochemical Properties and Biological Activity of the Water Depleted of Heavy Isotopes // 2011, published in Khimiya i Tekhnologiya Vody, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 15-25. Journal of Water Chemistry and Technology, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 8-13.
  11. ↑ Смирнов А. Н., Лапшин В. Б., Балышев А. В., Лебедев И. М., Гончарук В. В., Сыроешкин А. В. Структура воды: гигантские гетерофазные кластеры воды. // Химия и технология воды. — 2005.- № 2. — C. 11-37; Смирнов А. Н., Сыроешкин А. В. Супранадмолекулярные комплексы воды. // Рос. хим. ж. — 2004.- Т.48 — № 2. — C. 125—135
  12. ↑ Синяк Ю. Е.., Григорьев А. И. Оптимальный изотопный состав биогенных химических элементов на борту пилотируемых космических аппаратов. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1996. Т. 30, № 4, С. 26.
  13. ↑ Синяк Ю. Е., Скуратов В. М., Гайдадымов В. Б., Иванова С. М., Покровский Б. Г. Григорьев А. И. Исследование фракционирования стабильных изотопов водорода и кислорода на международной космической станции. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005. Т. 39, № 6, С. 43.
  14. ↑ Денько Е. И. Действие тяжёлой воды (D2O) на клетки животных, растений и микроорганизмы. // Усп. совр. биол.. 1970. Т. 70, № 4, С. 41.
  15. ↑ Лобышев В. И. Механизмы термодинамических и кинетических изотопных эффектов D2O в биологических системах Автореф. докт. диссертации. Москва, — 1987 (биофак МГУ)
  16. ↑ GLEASON J.D., FRIEDMAN I. Oats may grow better in water depleted in oxygen 18 and deuterium. NATURE 256, 305 (24 July 1975)
  17. ↑ Bild W, Năstasă V, Haulică I. In vivo and in vitro research on the biological effects of deuterium-depleted water: 1. Influence of deuterium-depleted water on cultured cell growth. // Rom J. Physiol. 2004. V.41. N 1-2. P:53-67.
  18. ↑ Sinyak Y., Grigoriev A., Gaydadimov V., Gurieva T., Levinskih M., Pokrovskii B. Deuterium-free water (1h3O) in complex life-support systems of long-tern space missions. // Acta Astronautica. 2003. V. 52, P. 575.
  19. ↑ Райхардт К. «Растворители и эффекты среды в органической химии». -М.: «Мир», 1991. — 763 с.
  20. ↑ Т. Н. Бурдейная, В. А. Поплинская, А. С. Чернопятко, Э. Н. Григорян. Влияние легкой воды на динамику выведения красителя из обонятельной системы личинок Xenopus laevis // Вода: химия и экология 2011.-№ 9 — C. 86-91
  21. ↑ [www.vetonco.ru/docs/lw_article_2006.pdf Pomytkin I.A., Kolesova O.E. //Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2006. V.142. N 5.]
  22. ↑ Gyöngyi Z, Somlyai G. Deuterium depletion can decrease the expression of C-myc Ha-ras and p53 gene in carcinogen-treated mice. // In Vivo. 2000. V.14. N.3. P. 437.
  23. ↑ Berdea P., Cuna S., Cazacu M., Tudose M. Deuterium variation of human blood serum. // Studia Universitatis Babeş-Bolyai, Physica. 2001. Special issue
  24. ↑ [www.hyd.hu/downloads/retrospective_evaluation.pdf Krempels K., Somlyai I., Somlyai G. A Retrospective Evaluation of the Effects of Deuterium Depleted Water Consumption on 4 Patients with Brain Metastases from Lung Cancer. // Integrative Cancer Therapies. 2008. V.7. N.3. P. 172—181.]
  25. ↑ [www.spandidos-publications.com/etm/1/2/277 Cong F.-S., Zhang Y.-R., Sheng H.-C., Ao Z.-H., Zhang S.-Y., Wang J.-Y. Deuterium-depleted water inhibits human lung carcinoma cell growth by apoptosis. // Experimental and Therapeutic Medicine. 2010. V.1. N.2. P.277-283]
  26. ↑ Somlyai G. «Let’s Defeat Cancer!». Akadémiai Kiadó, Budapest, 2001.
  27. ↑ [journals.usamvcj.ro/veterinary/article/viewFile/1248/1222 Doina P.M. et al., Bulletin UASVM, Veterinary Medicine. 2008. V.65(1). P.1843]
  28. ↑ Gábor Somlyai, Miklós Molnár, Ildikó Somlyai, István Fórizs, György Czuppon [www.researchgate.net/publication/277858436_Effect_of_subnormal_level_of Effect of subnormal level of...]. — 2015-06-08.

Ссылки

Отрывок, характеризующий Изотопный состав воды

2 го сентября в десять часов утра была такая погода. Блеск утра был волшебный. Москва с Поклонной горы расстилалась просторно с своей рекой, своими садами и церквами и, казалось, жила своей жизнью, трепеща, как звезды, своими куполами в лучах солнца. При виде странного города с невиданными формами необыкновенной архитектуры Наполеон испытывал то несколько завистливое и беспокойное любопытство, которое испытывают люди при виде форм не знающей о них, чуждой жизни. Очевидно, город этот жил всеми силами своей жизни. По тем неопределимым признакам, по которым на дальнем расстоянии безошибочно узнается живое тело от мертвого. Наполеон с Поклонной горы видел трепетание жизни в городе и чувствовал как бы дыханио этого большого и красивого тела. – Cette ville asiatique aux innombrables eglises, Moscou la sainte. La voila donc enfin, cette fameuse ville! Il etait temps, [Этот азиатский город с бесчисленными церквами, Москва, святая их Москва! Вот он, наконец, этот знаменитый город! Пора!] – сказал Наполеон и, слезши с лошади, велел разложить перед собою план этой Moscou и подозвал переводчика Lelorgne d'Ideville. «Une ville occupee par l'ennemi ressemble a une fille qui a perdu son honneur, [Город, занятый неприятелем, подобен девушке, потерявшей невинность.] – думал он (как он и говорил это Тучкову в Смоленске). И с этой точки зрения он смотрел на лежавшую перед ним, невиданную еще им восточную красавицу. Ему странно было самому, что, наконец, свершилось его давнишнее, казавшееся ему невозможным, желание. В ясном утреннем свете он смотрел то на город, то на план, проверяя подробности этого города, и уверенность обладания волновала и ужасала его. «Но разве могло быть иначе? – подумал он. – Вот она, эта столица, у моих ног, ожидая судьбы своей. Где теперь Александр и что думает он? Странный, красивый, величественный город! И странная и величественная эта минута! В каком свете представляюсь я им! – думал он о своих войсках. – Вот она, награда для всех этих маловерных, – думал он, оглядываясь на приближенных и на подходившие и строившиеся войска. – Одно мое слово, одно движение моей руки, и погибла эта древняя столица des Czars. Mais ma clemence est toujours prompte a descendre sur les vaincus. [царей. Но мое милосердие всегда готово низойти к побежденным.] Я должен быть великодушен и истинно велик. Но нет, это не правда, что я в Москве, – вдруг приходило ему в голову. – Однако вот она лежит у моих ног, играя и дрожа золотыми куполами и крестами в лучах солнца. Но я пощажу ее. На древних памятниках варварства и деспотизма я напишу великие слова справедливости и милосердия… Александр больнее всего поймет именно это, я знаю его. (Наполеону казалось, что главное значение того, что совершалось, заключалось в личной борьбе его с Александром.) С высот Кремля, – да, это Кремль, да, – я дам им законы справедливости, я покажу им значение истинной цивилизации, я заставлю поколения бояр с любовью поминать имя своего завоевателя. Я скажу депутации, что я не хотел и не хочу войны; что я вел войну только с ложной политикой их двора, что я люблю и уважаю Александра и что приму условия мира в Москве, достойные меня и моих народов. Я не хочу воспользоваться счастьем войны для унижения уважаемого государя. Бояре – скажу я им: я не хочу войны, а хочу мира и благоденствия всех моих подданных. Впрочем, я знаю, что присутствие их воодушевит меня, и я скажу им, как я всегда говорю: ясно, торжественно и велико. Но неужели это правда, что я в Москве? Да, вот она!» – Qu'on m'amene les boyards, [Приведите бояр.] – обратился он к свите. Генерал с блестящей свитой тотчас же поскакал за боярами. Прошло два часа. Наполеон позавтракал и опять стоял на том же месте на Поклонной горе, ожидая депутацию. Речь его к боярам уже ясно сложилась в его воображении. Речь эта была исполнена достоинства и того величия, которое понимал Наполеон. Тот тон великодушия, в котором намерен был действовать в Москве Наполеон, увлек его самого. Он в воображении своем назначал дни reunion dans le palais des Czars [собраний во дворце царей.], где должны были сходиться русские вельможи с вельможами французского императора. Он назначал мысленно губернатора, такого, который бы сумел привлечь к себе население. Узнав о том, что в Москве много богоугодных заведений, он в воображении своем решал, что все эти заведения будут осыпаны его милостями. Он думал, что как в Африке надо было сидеть в бурнусе в мечети, так в Москве надо было быть милостивым, как цари. И, чтобы окончательно тронуть сердца русских, он, как и каждый француз, не могущий себе вообразить ничего чувствительного без упоминания о ma chere, ma tendre, ma pauvre mere, [моей милой, нежной, бедной матери ,] он решил, что на всех этих заведениях он велит написать большими буквами: Etablissement dedie a ma chere Mere. Нет, просто: Maison de ma Mere, [Учреждение, посвященное моей милой матери… Дом моей матери.] – решил он сам с собою. «Но неужели я в Москве? Да, вот она передо мной. Но что же так долго не является депутация города?» – думал он. Между тем в задах свиты императора происходило шепотом взволнованное совещание между его генералами и маршалами. Посланные за депутацией вернулись с известием, что Москва пуста, что все уехали и ушли из нее. Лица совещавшихся были бледны и взволнованны. Не то, что Москва была оставлена жителями (как ни важно казалось это событие), пугало их, но их пугало то, каким образом объявить о том императору, каким образом, не ставя его величество в то страшное, называемое французами ridicule [смешным] положение, объявить ему, что он напрасно ждал бояр так долго, что есть толпы пьяных, но никого больше. Одни говорили, что надо было во что бы то ни стало собрать хоть какую нибудь депутацию, другие оспаривали это мнение и утверждали, что надо, осторожно и умно приготовив императора, объявить ему правду. – Il faudra le lui dire tout de meme… – говорили господа свиты. – Mais, messieurs… [Однако же надо сказать ему… Но, господа…] – Положение было тем тяжеле, что император, обдумывая свои планы великодушия, терпеливо ходил взад и вперед перед планом, посматривая изредка из под руки по дороге в Москву и весело и гордо улыбаясь. – Mais c'est impossible… [Но неловко… Невозможно…] – пожимая плечами, говорили господа свиты, не решаясь выговорить подразумеваемое страшное слово: le ridicule… Между тем император, уставши от тщетного ожидания и своим актерским чутьем чувствуя, что величественная минута, продолжаясь слишком долго, начинает терять свою величественность, подал рукою знак. Раздался одинокий выстрел сигнальной пушки, и войска, с разных сторон обложившие Москву, двинулись в Москву, в Тверскую, Калужскую и Дорогомиловскую заставы. Быстрее и быстрее, перегоняя одни других, беглым шагом и рысью, двигались войска, скрываясь в поднимаемых ими облаках пыли и оглашая воздух сливающимися гулами криков. Увлеченный движением войск, Наполеон доехал с войсками до Дорогомиловской заставы, но там опять остановился и, слезши с лошади, долго ходил у Камер коллежского вала, ожидая депутации.

Москва между тем была пуста. В ней были еще люди, в ней оставалась еще пятидесятая часть всех бывших прежде жителей, но она была пуста. Она была пуста, как пуст бывает домирающий обезматочивший улей. В обезматочившем улье уже нет жизни, но на поверхностный взгляд он кажется таким же живым, как и другие. Так же весело в жарких лучах полуденного солнца вьются пчелы вокруг обезматочившего улья, как и вокруг других живых ульев; так же издалека пахнет от него медом, так же влетают и вылетают из него пчелы. Но стоит приглядеться к нему, чтобы понять, что в улье этом уже нет жизни. Не так, как в живых ульях, летают пчелы, не тот запах, не тот звук поражают пчеловода. На стук пчеловода в стенку больного улья вместо прежнего, мгновенного, дружного ответа, шипенья десятков тысяч пчел, грозно поджимающих зад и быстрым боем крыльев производящих этот воздушный жизненный звук, – ему отвечают разрозненные жужжания, гулко раздающиеся в разных местах пустого улья. Из летка не пахнет, как прежде, спиртовым, душистым запахом меда и яда, не несет оттуда теплом полноты, а с запахом меда сливается запах пустоты и гнили. У летка нет больше готовящихся на погибель для защиты, поднявших кверху зады, трубящих тревогу стражей. Нет больше того ровного и тихого звука, трепетанья труда, подобного звуку кипенья, а слышится нескладный, разрозненный шум беспорядка. В улей и из улья робко и увертливо влетают и вылетают черные продолговатые, смазанные медом пчелы грабительницы; они не жалят, а ускользают от опасности. Прежде только с ношами влетали, а вылетали пустые пчелы, теперь вылетают с ношами. Пчеловод открывает нижнюю колодезню и вглядывается в нижнюю часть улья. Вместо прежде висевших до уза (нижнего дна) черных, усмиренных трудом плетей сочных пчел, держащих за ноги друг друга и с непрерывным шепотом труда тянущих вощину, – сонные, ссохшиеся пчелы в разные стороны бредут рассеянно по дну и стенкам улья. Вместо чисто залепленного клеем и сметенного веерами крыльев пола на дне лежат крошки вощин, испражнения пчел, полумертвые, чуть шевелящие ножками и совершенно мертвые, неприбранные пчелы. Пчеловод открывает верхнюю колодезню и осматривает голову улья. Вместо сплошных рядов пчел, облепивших все промежутки сотов и греющих детву, он видит искусную, сложную работу сотов, но уже не в том виде девственности, в котором она бывала прежде. Все запущено и загажено. Грабительницы – черные пчелы – шныряют быстро и украдисто по работам; свои пчелы, ссохшиеся, короткие, вялые, как будто старые, медленно бродят, никому не мешая, ничего не желая и потеряв сознание жизни. Трутни, шершни, шмели, бабочки бестолково стучатся на лету о стенки улья. Кое где между вощинами с мертвыми детьми и медом изредка слышится с разных сторон сердитое брюзжание; где нибудь две пчелы, по старой привычке и памяти очищая гнездо улья, старательно, сверх сил, тащат прочь мертвую пчелу или шмеля, сами не зная, для чего они это делают. В другом углу другие две старые пчелы лениво дерутся, или чистятся, или кормят одна другую, сами не зная, враждебно или дружелюбно они это делают. В третьем месте толпа пчел, давя друг друга, нападает на какую нибудь жертву и бьет и душит ее. И ослабевшая или убитая пчела медленно, легко, как пух, спадает сверху в кучу трупов. Пчеловод разворачивает две средние вощины, чтобы видеть гнездо. Вместо прежних сплошных черных кругов спинка с спинкой сидящих тысяч пчел и блюдущих высшие тайны родного дела, он видит сотни унылых, полуживых и заснувших остовов пчел. Они почти все умерли, сами не зная этого, сидя на святыне, которую они блюли и которой уже нет больше. От них пахнет гнилью и смертью. Только некоторые из них шевелятся, поднимаются, вяло летят и садятся на руку врагу, не в силах умереть, жаля его, – остальные, мертвые, как рыбья чешуя, легко сыплются вниз. Пчеловод закрывает колодезню, отмечает мелом колодку и, выбрав время, выламывает и выжигает ее. Так пуста была Москва, когда Наполеон, усталый, беспокойный и нахмуренный, ходил взад и вперед у Камерколлежского вала, ожидая того хотя внешнего, но необходимого, по его понятиям, соблюдения приличий, – депутации. В разных углах Москвы только бессмысленно еще шевелились люди, соблюдая старые привычки и не понимая того, что они делали. Когда Наполеону с должной осторожностью было объявлено, что Москва пуста, он сердито взглянул на доносившего об этом и, отвернувшись, продолжал ходить молча. – Подать экипаж, – сказал он. Он сел в карету рядом с дежурным адъютантом и поехал в предместье. – «Moscou deserte. Quel evenemeDt invraisemblable!» [«Москва пуста. Какое невероятное событие!»] – говорил он сам с собой. Он не поехал в город, а остановился на постоялом дворе Дорогомиловского предместья. Le coup de theatre avait rate. [Не удалась развязка театрального представления.]

Русские войска проходили через Москву с двух часов ночи и до двух часов дня и увлекали за собой последних уезжавших жителей и раненых. Самая большая давка во время движения войск происходила на мостах Каменном, Москворецком и Яузском. В то время как, раздвоившись вокруг Кремля, войска сперлись на Москворецком и Каменном мостах, огромное число солдат, пользуясь остановкой и теснотой, возвращались назад от мостов и украдчиво и молчаливо прошныривали мимо Василия Блаженного и под Боровицкие ворота назад в гору, к Красной площади, на которой по какому то чутью они чувствовали, что можно брать без труда чужое. Такая же толпа людей, как на дешевых товарах, наполняла Гостиный двор во всех его ходах и переходах. Но не было ласково приторных, заманивающих голосов гостинодворцев, не было разносчиков и пестрой женской толпы покупателей – одни были мундиры и шинели солдат без ружей, молчаливо с ношами выходивших и без ноши входивших в ряды. Купцы и сидельцы (их было мало), как потерянные, ходили между солдатами, отпирали и запирали свои лавки и сами с молодцами куда то выносили свои товары. На площади у Гостиного двора стояли барабанщики и били сбор. Но звук барабана заставлял солдат грабителей не, как прежде, сбегаться на зов, а, напротив, заставлял их отбегать дальше от барабана. Между солдатами, по лавкам и проходам, виднелись люди в серых кафтанах и с бритыми головами. Два офицера, один в шарфе по мундиру, на худой темно серой лошади, другой в шинели, пешком, стояли у угла Ильинки и о чем то говорили. Третий офицер подскакал к ним. – Генерал приказал во что бы то ни стало сейчас выгнать всех. Что та, это ни на что не похоже! Половина людей разбежалась. – Ты куда?.. Вы куда?.. – крикнул он на трех пехотных солдат, которые, без ружей, подобрав полы шинелей, проскользнули мимо него в ряды. – Стой, канальи! – Да, вот извольте их собрать! – отвечал другой офицер. – Их не соберешь; надо идти скорее, чтобы последние не ушли, вот и всё! – Как же идти? там стали, сперлися на мосту и не двигаются. Или цепь поставить, чтобы последние не разбежались?

wiki-org.ru

Изотопные разновидности воды - Справочник химика 21

    Всего в настоящее время известно 36 изотопных разновидностей воды 9 из них всегда присутствуют в природной воде, некоторые — в чрезвычайно малом количестве. [c.24]

    Тяжелую воду изотопную разновидность воды, HDO и D2O, в которой присутствует тяжелый изотоп водорода — дейтерий (D) — получают из природной воды. Свойства ее приведены в таблице. Особенно характерны повышенная плотность (на 10,8%) и вязкость (на 23,2% по сравнению с обыч.чой водой. [c.333]

    Известна изотопная разновидность воды - тяжелая вода D O в природных водах массовое отношение D O HjO = = 1 6000. Константы D O отличаются от таковых для обычной воды = 3,8°С, = 101,4°С, р = 1,105 г/мл. Растворимость большинства веществ в тяжелой воде значительно меньше, чем в обычной воде. Тяжелая вода ядовита, так как замедляет биологические процессы в живых организмах. [c.112]

    Тяжелая вода (оксид дейтерия) D2O представляет собой изотопную разновидность воды, молекулы которой вместо атомов Н содержат атомы дейтерия. В природной воде на один атом дейтерия приходится 6500—7200 атомов Н. [c.19]

    Вследствие наличия трех изотопов водорода — Н, D и Т и шести изотопов кислорода — О , О , О , 0 О и 0 , имеется 36 изотопных разновидностей воды, из которых 9 включают только стабильные изотопы и содержатся в природной воде в следующих концентрациях (в мол. %)  [c.333]

    ТЯЖЕЛАЯ ВОДА (оксид дейтерия) D2O, изотопная разновидность воды, молекулы к-рой вместо атомов Н содержат [c.601]

    Существование двух стабильных изотопов водорода и трех стабильных изотопов кислорода дает основание различать следующие девять изотопных разновидностей воды  [c.50]

    Нами предпринята попытка с помощью метода послойного расчета предопределить и выявить характер связи между распределением изотопных разновидностей воды по высоте фильтрующего слоя колонки и видом выходных кривых. Задача решалась для случая, когда перераспределение ОЮ между свободной и связанной водой в системе происходит с коэффициентом обогащения р = 1,01, т. е. когда 1 полученные результаты, разумеется, не теряют от этого своей общности. [c.7]

    Методом послойного расчета выявлен характер связи между распределением изотопных разновидностей воды по высоте фильтрующего слоя хроматографической колонки и видом выходных кривых. [c.16]

    Вследствие наличия трех изотопов водорода Н, В и Т и шести изотопов кислорода О , 0 , О , О , О и 0 имеется 36 изотопных разновидностей воды, из которых девять образованы стабильными изотопами. [c.16]

    Тяжелую воду — изотопную разновидность воды НВО и ОаО, в которой присутствует тяжелый изотоп водорода (дейтерий [c.16]

    Изотопные разновидности воды [c.38]

    Г. 18.1. Изотопные разновидности воды............ [c.1180]

    Вода тяжелая — изотопная разновидность воды, в которой обыкновенный водород замещен его тяжелым изотопом—дейтерием D. Формула HDO или DjO. [c.5]

    Наряду с присутствующими в природных условиях тремя изотопами водорода Н , Н , Н и искусственно полученными короткоживущими Н и Н , известно девять изотопов кислорода О , О , 0 , О , О , О , О , 020 JJ 024. Хаким образом, соединение, которое мы называем водой, представляет собой 135 изотопных разновидностей воды. [c.12]

    Поскольку существуют три изотопа водорода (Н дейтерий и тритий) и шесть изотопов кислорода, имеется 36 изотопных разновидностей воды, из которых в природной воде могут встречаться лишь девять, включающих стабильные изотопы. В природной воде содержится Н О в количестве 99,73% по весу. [c.5]

    Тяжелая вода — изотопная разновидность воды, молекулы которой вместо атомов водорода содержат атомы дейтерия. Используется в ядерных реакторах. [c.28]

    Валь и Юри [245] воспользовались релеевской дистилляцией для определения давления пара НВО. Они допустили, что растворы изотопных разновидностей воды являются идеальными и вследствие этого при низком [c.66]

    Максимальные плотности н минимальные мольные объемы изотопных разновидностей воды [c.127]

    Изотопам водорода отвечают изотопные разновидности воды ОгО и НгО, также значительно различающиеся по свойствам. Температура замерзания ОгО на 3,8° выше, а температура кипения при 1 ат на 1,42° выше, чем у Н2О. Наиболее характерно различие в плотности при 20° она на 0,1074 г/сл больше у чистой ОгО, чем у Н2О. Благодаря этому различию ОгО была названа тяжелой водой. Точное измерение плотности тщательно очищенного образца — наиболее употребительный способ определения отношения Н О в воде. [c.29]

    Указанный расход энергии в 3 10 раза превышает тот ее расход, который требовало бы обратимое изотермическое разделение обоих изотопных разновидностей воды. Значительная часть расходуемой энергии может быть, правда, использована для получения электролитического водорода , но отрицательные стороны метода не ограничиваются этим. Схема его довольно сложная, аппаратура громоздкая, а выход дейтерия из обогащенного сырья, представляющего уже сейчас известную промышленную ценность, не превосходит 10—15%, если не доводить использование побочных концентратов до неразумных пределов. [c.278]

    Работы Юри с сотрудниками [3, 6] показали, что фракционирование воды перегонкой представляет удобный и эффективный метод для разделения изотопов кислорода, дающий значительные выходы. Упругости пара обеих изотопных разновидностей воды очень близки [7], и значительное разделение может быть достигнуто лишь при применении фракционной колонки, эквивалентной большому числу теоретических тарелок. Например, для увеличения концентрации 0 вдвое необходимо около 230 теоретических тарелок при 100° С (а = 1,003) или около 100 таких тарелок при 70° С (а = 1,0065). Это большое число тарелок должно быть умещено на сравнительно небольшой высоте, так как заполнение колонки не должно быть слишком большим и режим ее работы должен быть достаточно постоянным при малом количестве воды в кипятильнике. Оба эти требования определяются разумными пределами времени, необходимыми для достижения предельного обогащения. Задача была успешно разрешена применением тарелок из вращающихся и чередующихся с ними неподвижных [c.298]

    Насчитывают 36 изотопных разновидностей воды. Исключив радиоактивные нуклиды, все же останется девять сортов воды, состоящей из стабильных изотопов водорода и кислорода. Все они присутствуют в воде любого природного источника. Их концентрация (не учитывая небольших колебаний) может быть следующей (мол. %)  [c.81]

    Происходят ли в природе процессы разделения и концентрирования изотопов водорода Да, немного. В водах рек и проточных озер отношение О И мало меняется и в среднем равно 1 6800. В отдельных образцах снега оно снижается до 1 9000, а в морской воде с высоким солесодержанием повышается вплоть до 1 5500 выше оно и в некоторых арктических льдах. Это различие обусловлено частичным фракционированием изотопных разновидностей воды при испарении и замерзании из-за некоторого различия в упругости паров и точке замерзания. Предполагают, что в глубочайших океанических впадинах придонные слои обогащены дейтерием. [c.82]

    НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗОТОПНЫХ РАЗНОВИДНОСТЕЙ ВОДЫ С ИОНИТАМИ [c.107]

    ИЗОТОПНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ ВОДЫ [c.40]

    Тяжелую воду — изотопную разновидность воды iRDO и DjO, в состав которой входит тяжелый изотоп водорода дейтерий (D),—получают из природной воды. Свойства ее приведены в п. 1.18.2. [c.38]

    Тяжелая вода (оксид дейтерия) DaO. Это изотопная разновидность воды. Б природных водах массовое отношение между DjO и НаО равно 1 5500 (указанное соотношение предполагает, что весь дейтерий находится в виде тяжелой воды DaO, хотя в действительности имеется смесь DaO и полутяжелой воды HDO). Т. пл. 3,813°С, т. кип. 101,43°С, плотность 1,105 г/см Ядовита вследствие худших (по сравнению с обычной водой) растворяющих свойств. Тяжелая вода накапливается в остатке электролита при многоразовом электролизе воды. [c.269]

    При изменении температуры и содержания дейтерия указанное соотношение практически не меняется, что говорит в пользу идентичности строения обычной и тяжелой воды, с одной стороны, и механизма растворения благородных газов в этих изотопных разновидностях воды — с другой. В табл. 8 представлены численнью значения структурных составляющих Д па, которые вычислялись по уравнению (73). При этом использовалось обоснованное выше допущение, что Д51° не зависит от природы благородного газа, температуры и изотопного состава воды и равняется приблизительно 50 Дж-моль -К (см. табл. 4). Из приведенных в табл. 8 данных видно, что Д па имеют при всех температурах отрицательные значения, которые возрастают по абсолютной величине при переходе от Не к Хе йот НгО к ОгО и убьшают при увеличении температуры. Такое качественное совпадение зависимостей Д5рс и Д па от Ги атомной доли дейтерия говорит в пользу сделанного выше вывода об определяющей роли структурного вклада в термодинамические характеристики растворения. Дополнительным серьезным подтверждением этому служат отрицательные значения изотопных эффектов ДЯн- о и Д н- -о (см. табл. 6), так как если бы при растворении благородных газов в воде доминирующая роль принадлежала ван-дер-ваальсовскому взаимодействию и при этом происходил бы разрьш водородных связей в воде, то изотопные эффекты были бы положительными, как это имеет место в случае растворения солей [63]. [c.127]

    Таким образом, можно заключить, что температурные изменения 2Д У °гидр вполне определенно и однозначно связаны с одной из важнейших сторон процесса гидратации ионов — со структурными изменениями растворителя под влиянием ионов.При переносе ионов из обычной воды в тяжелую следует ожидать усиления взаимодействия ионов с молекулами воды за счет снижения энергии нулевых колебаний последних при замещении атомов протия на атомы дейтерия и, как следствие этого, увеличения отрицательного вклада в 2ДУ°ридр- Этот эффект должен проявиться в наибольшей степени в случае ионов, которым свойствен наряду с электростатическим донорно-акцепторный тип взаимодействия с ближайшими молекулами воды (Ь1, Ве " , Р"). Электростатическая составляющая 2ДУ°гидр при переходе от Н2О к ВгО будет меняться крайне незначительно, поскольку физические свойства этих изотопных разновидностей воды, определяющие указанный вид взаимодействия, практически одинаковы. По этой же причине мало изменится и отрицательный упорядочивающий вклад в области дальней гидратации. [c.139]

    Переход от На О к ВгО сопровождается ослаблением гидратации вследствие увеличения структурированности среды. Это выражается в более положительных значениях величин ДЯ°г др в тяжелой воде. Причем в тяжелой воде влияние температуры проявляется более резко, чем в обычной. Индивидуальность ионов и растворителей, выражающаяся в различных наклонах кривых, проявляется в основном ниже 313 К. При более высоких температурах это различие постепенно нивелируется. Отмеченное явление объясняется предразрущением структуры воды под влиянием растущей температуры, которое в ВгО выражено в большей степени, чем в НгО. Последнее приводит к сближению структурных состояний изотопных разновидностей воды в области высоких температур. [c.141]

    Таким образом, учитывая все разнообразие изотопного состава водорода и кислорода, можно говорить о 36 изотопных разновидностях воды (рис. 1). Девять из них включают только стабильные изотопы и составляют основное содержание поиролиой воды. В ней преобладает обычная вода Н гО (99.73%). далее следует тяжелокислородные воды (0,04%) и П гО (0.2%), а также изотопная разновидность тяжелой воды (0,03%). В дальнейшем, говоря о воде и называя ее общеизвестную формулу Н2О, мы будем иметь в виду, что состав ее многообразен, но основной компонент НЬО б. [c.22]

    Другие изотопные разновидности воды. 1) Тритиевая вода НТО и Т2О (также ВТО), вода, в к-рой водород заменен его радиоактивным изотопом тритием Т. В атмосфере образуется 8—9 атомов Т в минуту на 1 см земной поверхности в результате воздействия космич. лучей. Равновесное содержание Т в природных водах изменяется в пределах 10 —10 1 % . Общее содержание Т во всех водах Земли оценивают в 2—3 кг (13—20 кг НТО), из к-рых 1/200 часть находится в атмосферной влаге. Тритиевую воду получают искусственно, путем ядерных реакций и концентрируют, как и воду дейтери-евую, электролизом, фракционной перегонкой шш термодиффузией. По физич. свойствам тритиевая вода сильнее, чем дейтериевая, отличается от обыкновенной. Ее применяют в ядерной физике длп ядерных и термонуклеарных реакций, а такяге в химич., биологич. и др. исследованиях как меченую воду и как источник получения соединений, меченных тритием. Последних , как изотопный индикатор имеет перед дейтерием преимущества большей чувствительности и простоты определения, что обусловило его широкое применение в последние годы с другой стороны, сильная радиоактивность требует предосторожности при работе, т. к. она может вызывать побочные реакции при химич. исследованиях и побочные действия на организм при биологических. [c.308]

    Для изотопного анализа воды по приращениям плотностей п показателей преломления служат зависимости = ах Ьу и Ап = Ах- - Ву, где X и у — избытки атомных долей дейтерия и тяжелого изотопа кислорода над их содержанием в стандартной воде. Для а мы приняли новую величину Тронстада и Бруна [9] — 0,1073 (при 20° С) и на основании одинаковых молекулярных весов обоих тяжелых изотопных разновидностей воды сохранили ту же величину для Ь. Для А было оставлено прежнее достаточно достоверное значение —0,00456 (при 20° С для желтой линии Не). Величина В была раньше принята равной -[-0,0008 с неточностью порядка 100%. Данные табл. 2 позволяют значительно точнее рассчитать ее из измеренных Л , Ап и Айу. Расчет приведен в табл. 3. [c.305]

    Раздельное определение дейтерия и О производилось одновременным определением разности плотностей Ad и разности показателей преломления Are между исследуемым образцом и стандартной речной водой (см. ниже). Этот метод впервые предложили Льюис и Лютен [2]. Основан он на том, что изотопные разновидности воды HDO и HjOi по-разному влияют на величину Are. Имеющийся экспериментальный материал приводит к следующим соотношениям  [c.314]

chem21.info

Изотопный состав воды — Википедия РУ

Изотопный состав воды — процент содержание молекул с различной изотопной массой (изотопологов) в воде. Содержание воды, состоящей из лёгких стабильных изотопов 1h316O («лёгкой воды», в отличие от содержащей повышенное количество тяжелого изотопа водорода 2H «тяжёлой воды») в природной воде составляет 99.73 — 99.76 мол.%.[1][2]

Изотопика воды

Изотопы — разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковые заряд ядра и строение электронных оболочек, различающиеся по массе ядер. Разница масс обусловлена тем, что ядра изотопов содержат одинаковое число протонов p и различное число нейтронов n. Комбинации различных атомов-изотопов дают набор молекул-изотопологов.

Изотопологи — молекулы, различающиеся только по изотопному составу атомов, из которых они состоят. Изотополог имеет в своём составе, по крайней мере, один атом определенного химического элемента, отличающийся по количеству нейтронов от остальных.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Водород имеет два стабильных изотопа — протий (Н) — 1H и дейтерий (D) — 2H.

У кислорода три устойчивых изотопа: 16O, 17O и 18O (табл.1).

Таблица 1. Изотопы воды Элемент Водород Кислород Изотоп Н D 16O 17O 18O Количество протонов в ядре 1 1 8 8 8 Количество нейтронов в ядре 0 1 8 9 10 Атомная масса 1 2 16 17 18

Комбинации 5 стабильных изотопов водорода и кислорода дают набор 9 молекул-изотопологов воды (табл.2).

Таблица 2. Изотопологи воды Изотополог 1h316O 1HD16O D216O 1h317O 1HD17O D217O 1h318O 1HD18O D218O Изотопы водорода 1H 1H, D D 1H 1H, D D 1H 1H, D D Изотопы кислорода 16O 16O 16O 17O 17O 17O 18O 18O 18O Молекулярная масса 18 19 20 19 20 21 20 21 22

Молекула 1h316O является самой лёгкой из совокупности всех изотопологов воды. Именно воду 1h316O следует считать классической или лёгкой водой.

Лёгкая вода как моноизотопная композиция 1h316O является предельным случаем изотопной чистоты. В естественных условиях такой чистой лёгкой воды не существует. Для получения изотополога 1h316O ведут тонкую многостадийную очистку природных вод или синтезируют из исходных элементов 1h3 и 16O2.

Природная вода представляет собой многокомпонентную смесь изотопологов. Содержание самого лёгкого изотополога в ней значительно превосходит концентрацию всех остальных вместе взятых. В природных водах в 1000000 молекул в среднем содержится 997284 молекул 1h316O, 311 молекул 1HD16O, 390 молекул 1h317O, и около 2005 молекул 1h318O.

Концентрация молекул воды, содержащих тяжёлые изотопы D, 17O, 18O, в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы SMOW и SLAP (табл.3). Весовые количества изотопологов в природной воде рассчитаны на основании данных прямого определения их содержания методом молекулярной спектроскопии[3].

Таблица 3. Рассчитанные весовые количества изотопологов в природной воде, соответствующие международным стандартам SMOW (средняя молекулярная масса = 18,01528873) и SLAP (средняя молекулярная масса = 18,01491202),[4]. Изотополог воды Молекулярная масса Содержание, г/кг SMOW SLAP 1h316O 18,01056470 997,032536356 997,317982662 1HD16O 19,01684144 0,328000097 0,187668379 D216O 20,02311819 0,000026900 0,000008804 1h317O 19,01478127 0,411509070 0,388988825 1HD17O 20,02105801 0,000134998 0,000072993 D217O 21,02733476 0,000000011 0,000000003 1h318O 20,01481037 2,227063738 2,104884332 1HD18O 21,02108711 0,000728769 0,000393984 D218O 22,02736386 0,000000059 0,000000018

Как видно из таблицы 3, в природной воде весовая концентрация тяжёлых изотопологов может достигать 2,97 г/кг, что является значимой величиной, сопоставимой, например, с содержанием минеральных солей.

Природная вода, близкая по содержанию изотополога 1h316O к стандарту SLAP, а также специально очищенная с существенно увеличенной долей этого изотополога по сравнению со стандартом SLAP, определяется как особо чистая лёгкая вода (менее строгое определение, которое применимо в реальной жизни).

В лёгкой воде доля самого лёгкого изотополога составляет (мол.%):

99.76 < 1h316O ≤ 100.

Если из воды, отвечающей стандарту SMOW, удалить все тяжёлые молекулы, массовое содержание которых составляет 2,97 г/кг и заменить их на 1h316O, то масса 1 л такой лёгкой и изотопно чистой воды уменьшится на 250 мг. Таким образом, параметры лёгкой воды, в первую очередь, её «лёгкость» и изотопный состав поддаются измерению с помощью таких методов, как масс-спектрометрия, гравиметрия, лазерная абсорбционная спектроскопия[5], ЯМР.

Международные стандарты на природные воды различного изотопного состава

Содержание тяжёлых изотопов водорода и кислорода в природных водах определяется двумя международными стандартами, введенными Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ)[6][7]:

  • Стандарт VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water) определяет изотопный состав глубинной воды Мирового океана.
  • Стандарт SLAP (Standard Light Antarctic Precipitation) определяет изотопный состав природной воды из Антарктики.

По международному стандарту VSMOW абсолютное содержание дейтерия и кислорода-18 в океанической воде составляет[8] : D VSMOW /1H VSMOW=(155,76±0,05)·10−6, или 155,76 ppm 18O VSMOW/16O VSMOW =(2005,20±0,45)·10−6, или 2005 ppm. Для стандарта SLAP концентрации в воде составляют[9]: дейтерия D/H=89·10−6 или 89 ppm, кислорода-18 18O/16O=1894·10−6 или 1894 ppm.

Содержание лёгкого изотополога 1h316O в воде, соответствующей по изотопному составу VSMOW, составляет 997,0325 г/кг (99,73 мол. %). Доля самого лёгкого изотополога в воде, соответствующей по изотопному составу SLAP, составляет 997,3179 г/кг (99,76 мол. %).

Стандарт SLAP характеризует самую лёгкую природную воду на Земле. Вода в различных точках земного шара неодинакова по своей лёгкости.

Свойства и эффекты лёгкой воды

Изотопологи отличаются друг от друга по физическим, химическим и биологическим свойствам (табл.4).

Таблица 4. Изменение физических свойств воды при изотопном замещении Физические свойства 1h316O D216O 1h318O
Плотность при 20 °C, г/см3 0.9970 1.1051 1.1106
Температура максимальной плотности, °C 3.98 11.24 4.30
Температура плавления при 1 атм, °C 0 3.81 0.28
Температура кипения при 1 атм, °C 100 101,42 100,14
Давление пара при 100 °C, Торр 760,00 721,60 758,10
Вязкость при 20 °C, сантипуаз 1,002 1,247 1,056

Равновесное давление паров у изотопологов воды различается, и весьма существенно. Чем меньше масса молекулы воды, тем выше давление пара, а это означает, что пар, равновесный с водой, всегда обогащён лёгкими изотопами кислорода и водорода. Относительно малой массы элементов разница масс изотопов велика, поэтому они способны сильно фракционировать в природных процессах: D/H → 100 %, 18O/16O →12,5 %. Изотопы водорода и кислорода наиболее эффективно фракционируют в процессах испарения-конденсации и кристаллизации воды.

Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о различии физико-химических свойств легкой воды и деионизированной воды природного изотопного состава[10].

Тяжёлые изотопологи в природной воде являются примесями по отношению к 1h316O, которые по некоторым исследованиям можно рассматривать как дефекты структуры[11].

Устранение гетерогенности воды по изотопному составу приводит к увеличению её гомогенности. Лёгкая вода является более однородной жидкостью. Тяжелоизотопные молекулы, содержащиеся в воде в природных концентрациях, практически не оказывают заметного влияния на неживые системы. В наибольшей степени эффекты лёгкой воды проявляются на биологических объектах, для которых характерны каскадные реакции.

Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений её изотопного состава. В ходе эволюции живых организмов произошёл отбор биохимических процессов с настройкой их только на один изотоп, как правило, лёгкий[12]. В организме человека происходит «фракционирование изотопов, сопровождающееся удалением тяжёлых стабильных изотопов водорода и кислорода воды»[13]. Применение воды с повышенной концентрацией тяжёлых изотопов, в частности, дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма[14][15]. В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод с пониженным, относительно природного, содержанием тяжелых изотопологов, в частности дейтерия и кислорода 18[16][17]. Проводимые в ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем» РАН систематические исследования по созданию среды обитания космонавтов с оптимальным изотопным составом биогенных химических элементов показали, что вода с пониженным по сравнению с природным содержанием тяжелоизотопных молекул является необходимым компонентом системы жизнеобеспечения космонавтов во время длительных полётов[18]

Биологические свойства

В качестве универсальной среды, в которой идут все биологические реакции, лёгкая вода увеличивает скорость этих реакций по сравнению с водой природного изотопного состава. Этот эффект известен под названием кинетический изотопный эффект растворителя[19].

Транспортные свойства легкой воды доказаны при изучении влияния тяжелых изотопологов в составе природной воды на динамику выведения красителя метиленового синего из обонятельной системы шпорцевых лягушек[20].

Наиболее сильное влияние очистка воды от тяжёлых изотопологов оказывает на энергетический аппарат живой клетки. Дыхательную цепь митохондрий отличают каскадные реакции. Тяжёлые изотопологи замедляют скорость реакций дыхательной цепи. На примере реакции генерации перекиси водорода митохондриями с янтарной кислотой в качестве субстрата экспериментально доказан общий ингибирующий эффект тяжёлых изотопологов воды. Снижение их содержания в воде до уровня ниже природных концентраций деингибирует и достоверно ускоряет исследованную реакцию[21].

Лёгкая вода проявляет противоопухолевую активность, что показано в работах учёных, проводимых в исследовательских центрах разных стран[22][23][24][25]. По данным Г.Шомлаи, результаты клинических испытаний, проведённых в 1994—2001 гг. в Венгрии, показали, что уровень выживаемости больных, употреблявших лёгкую воду в сочетании с традиционными методами лечения или после них выше, чем у больных, использовавших только химио- или лучевую терапию[26].

Токсикопротекторные свойства легкой воды подтверждены экспериментальными исследованиями[27] , из которых следует, что легкая вода, очищенная от тяжелых изотопологов, за счет своих транспортных свойств эффективно выводит токсины и продукты метаболизма из организма.

Также отмечено влияние легкой воды на пациентов с сахарным диабетом II типа. Результаты открытого предклинического исследования продолжительностью 90 дней показали, что под действием легкой воды у добровольцев снизился повышенный уровень глюкозы натощак и снизилась инсулинорезистентность[28].

См. также

Примечания

  1. ↑ Кульский Л. А., Даль В. В., Ленчина Л. Вода знакомая и загадочная.- Киев: «Радянська школа», 1982.- 120 с.
  2. ↑ Петрянов-Соколов И. В. Самое необычное вещество в мире.// Химия и жизнь. 2007. № 1. с.26.
  3. ↑ Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1998, 60, 665. Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 2003, 82, p.9.
  4. ↑ Патент RU 2295493. «Способ и установка для производства лёгкой воды». Соловьев С. П.
  5. ↑ Lis G., Wassenaar L. I., Hendry M. J. High-Precision Laser Spectroscopy D/H and 18O/16O Measurements of Microliter Natural Water Samples.// Anal. Chem. 2008. V. 80 (1). P. 287—293
  6. ↑ Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983 г.
  7. ↑ Craig, H. Standard for Reporting Concentrations of Deuterium and Oxygen-18 in Natural Waters. // Science. 1961. V. 133. PP. 1833−1834.
  8. ↑ Hagemann R., Niff G., Roth E. Absolute isotopic scale for deuterium analysis of natural waters. Absolute D/H ratio for SMOW. // Tellus. 1970. V.22. N6. PP.712-715.
  9. ↑ De Wit J.C., van der Straaten C.M.; Mook W.G. Determination of the Absolute Hydrogen Isotopic Ratio of VSMOW and SLAP. // Geostandards Newsletter. 1980. V. 4. N. 1. PP. 33−36.
  10. ↑ V.V. Goncharuk, V.B. Lapshin, T.N. Burdeinaya, T.V. Pleteneva, A.S. Chernopyatko et al. Physicochemical Properties and Biological Activity of the Water Depleted of Heavy Isotopes // 2011, published in Khimiya i Tekhnologiya Vody, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 15-25. Journal of Water Chemistry and Technology, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 8-13.
  11. ↑ Смирнов А. Н., Лапшин В. Б., Балышев А. В., Лебедев И. М., Гончарук В. В., Сыроешкин А. В. Структура воды: гигантские гетерофазные кластеры воды. // Химия и технология воды. — 2005.- № 2. — C. 11-37; Смирнов А. Н., Сыроешкин А. В. Супранадмолекулярные комплексы воды. // Рос. хим. ж. — 2004.- Т.48 — № 2. — C. 125—135
  12. ↑ Синяк Ю. Е.., Григорьев А. И. Оптимальный изотопный состав биогенных химических элементов на борту пилотируемых космических аппаратов. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1996. Т. 30, № 4, С. 26.
  13. ↑ Синяк Ю. Е., Скуратов В. М., Гайдадымов В. Б., Иванова С. М., Покровский Б. Г. Григорьев А. И. Исследование фракционирования стабильных изотопов водорода и кислорода на международной космической станции. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005. Т. 39, № 6, С. 43.
  14. ↑ Денько Е. И. Действие тяжёлой воды (D2O) на клетки животных, растений и микроорганизмы. // Усп. совр. биол.. 1970. Т. 70, № 4, С. 41.
  15. ↑ Лобышев В. И. Механизмы термодинамических и кинетических изотопных эффектов D2O в биологических системах Автореф. докт. диссертации. Москва, — 1987 (биофак МГУ)
  16. ↑ GLEASON J.D., FRIEDMAN I. Oats may grow better in water depleted in oxygen 18 and deuterium. NATURE 256, 305 (24 July 1975)
  17. ↑ Bild W, Năstasă V, Haulică I. In vivo and in vitro research on the biological effects of deuterium-depleted water: 1. Influence of deuterium-depleted water on cultured cell growth. // Rom J. Physiol. 2004. V.41. N 1-2. P:53-67.
  18. ↑ Sinyak Y., Grigoriev A., Gaydadimov V., Gurieva T., Levinskih M., Pokrovskii B. Deuterium-free water (1h3O) in complex life-support systems of long-tern space missions. // Acta Astronautica. 2003. V. 52, P. 575.
  19. ↑ Райхардт К. «Растворители и эффекты среды в органической химии». -М.: «Мир», 1991. — 763 с.
  20. ↑ Т. Н. Бурдейная, В. А. Поплинская, А. С. Чернопятко, Э. Н. Григорян. Влияние легкой воды на динамику выведения красителя из обонятельной системы личинок Xenopus laevis // Вода: химия и экология 2011.-№ 9 — C. 86-91
  21. ↑ Pomytkin I.A., Kolesova O.E. //Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2006. V.142. N 5.
  22. ↑ Gyöngyi Z, Somlyai G. Deuterium depletion can decrease the expression of C-myc Ha-ras and p53 gene in carcinogen-treated mice. // In Vivo. 2000. V.14. N.3. P. 437.
  23. ↑ Berdea P., Cuna S., Cazacu M., Tudose M. Deuterium variation of human blood serum. // Studia Universitatis Babeş-Bolyai, Physica. 2001. Special issue
  24. ↑ Krempels K., Somlyai I., Somlyai G. A Retrospective Evaluation of the Effects of Deuterium Depleted Water Consumption on 4 Patients with Brain Metastases from Lung Cancer. // Integrative Cancer Therapies. 2008. V.7. N.3. P. 172—181.
  25. ↑ Cong F.-S., Zhang Y.-R., Sheng H.-C., Ao Z.-H., Zhang S.-Y., Wang J.-Y. Deuterium-depleted water inhibits human lung carcinoma cell growth by apoptosis. // Experimental and Therapeutic Medicine. 2010. V.1. N.2. P.277-283
  26. ↑ Somlyai G. «Let’s Defeat Cancer!». Akadémiai Kiadó, Budapest, 2001.
  27. ↑ Doina P.M. et al., Bulletin UASVM, Veterinary Medicine. 2008. V.65(1). P.1843
  28. ↑ Gábor Somlyai, Miklós Molnár, Ildikó Somlyai, István Fórizs, György Czuppon Effect of subnormal level of.... — 2015-06-08.

Ссылки

http-wikipediya.ru

Изотопный анализ - вода - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Изотопный анализ - вода

Cтраница 1

Изотопный анализ воды - Н2 после ее перегонки показывает, что в обмене участвуют все атомы водорода малоновой кислоты.  [1]

При денсиметрическом изотопном анализе воды нужно принимать во внимание два существенных момента. Во-первых, все примеси к воде изменяют ее плотность. Поэтому вода перед анализом должна быть тщательно очищена.  [2]

Разработан метод полного изотопного анализа воды, основанный на проведении каталитического высокотемпературного кислородного изотопного обмена между измеряемым образцом и молекулярным кислородом.  [3]

Этот способ полного изотопного анализа воды был нами [168, 169, 220] разработан для природных води, по-видимому, остается сейчас для них наиболее простым и точным, за исключением комбинации флотационного измерения общей разности Дс ( и прецизионного измерения О18 в двухлучевом масс-спектрометре с двойной фокусировкой. Точность его ограничена в первую очередь точностью измерения Дл, которая легко может быть значительно повышена путем увеличения длины кюветки интерферометра.  [4]

Значительная заслуга в разработке методов изотопного анализа воды принадлежит советским исследователям акад.  [5]

Этот же метод был успешно применен для изотопного анализа воды, что может быть сделано двумя способами. По первому способу разлагают пары на вольфрамовой проволоке при 200, вымораживают кислород и определяют содержание дейтерия в водороде, как описано выше. По другому способу непосредственно измеряют по теплопроводности давление насыщенного пара над льдом, зависящее от содержания дейтерия.  [7]

Этот наиболее точный из всех в настоящее время известных способов полного изотопного анализа воды был нами подробно разработан для природных вод [32, 33, 36, 52] и дает точность определения дейтерия и тяжелого кислорода, отвечающую 1 5 - 2 у для каждого.  [9]

В третьей части описано применение полученных концентратов для проверки коэффициентов зависимостей, применявшихся нами раньше для изотопного анализа воды по показателю преломления и плотности. Новое значение не вносит существенных изменений в результаты прежних наших работ.  [10]

Поскольку измерение показателя преломления может быть проведено с большой точностью, этой разности оказывается достаточно для обеспечения удовлетворительной точности изотопного анализа воды. Существенно то, что, поскольку показатели преломления Н2О1в и HgO18 практически не различаются, рефрактометрический метод, в отличие от методов основанных на определении плотности, позволяет избирательно определять содержание в воде именно дейтерия.  [11]

Более подробное количественное исследование влажной коррозии железа в разбавленных растворах MgQ2 выполнили А. С. Фоменко, Т. М. Абрамова и автор 11263 ], применив масс-спектрометрическую методику для изотопного анализа воды, кислорода и продуктов коррозии. Это позволило вести опыты короткое время ( несколько часов), что устраняло осложнения из-за вторичного обмена.  [12]

В связи с растущим применением тяжелого кислорода и водорода в качестве меченых атомов для исследований механизма каталитических и других реакций необходимы надежные и простые методы изотопного анализа воды. Если последняя содержит в избыточной концентрации только один из изотопов: О18 или дейтерий, то для анализа достаточно одного денсиметрического измерения. Если в воде содержатся оба изотопа, то денсиметрический анализ может показать только величину их суммарного содержания.  [13]

О получении чистой воды см. Ш а т е н ш т е и н, Е. А. Я к о в-лева, Е. Н. Звягинцева, Е. А. Израилевич, Н. М. Дых - н о, Изотопный анализ воды, 2 - е изд.  [14]

Но прежде всего надо хорошо подумать о том, как использовать природные ресурсы живой воды в районах ее естественного формирования. Изотопный анализ воды должен предшествовать принятию решения об использовании того или иного источника водоснабжения.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Изотопный состав воды - Википедия

Изотопный состав воды — процент содержание молекул с различной изотопной массой (изотопологов) в воде. Содержание воды, состоящей из лёгких стабильных изотопов 1h316O («лёгкой воды», в отличие от содержащей повышенное количество тяжелого изотопа водорода 2H «тяжёлой воды») в природной воде составляет 99.73 — 99.76 мол.%.[1][2]

Изотопика воды[ | ]

Изотопы — разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковые заряд ядра и строение электронных оболочек, различающиеся по массе ядер. Разница масс обусловлена тем, что ядра изотопов содержат одинаковое число протонов p и различное число нейтронов n. Комбинации различных атомов-изотопов дают набор молекул-изотопологов.

Изотопологи — молекулы, различающиеся только по изотопному составу атомов, из которых они состоят. Изотополог имеет в своём составе, по крайней мере, один атом определенного химического элемента, отличающийся по количеству нейтронов от остальных.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Водород имеет два стабильных изотопа — протий (Н) — 1H и дейтерий (D) — 2H.

У кислорода три устойчивых изотопа: 16O, 17O и 18O (табл.1).

Таблица 1. Изотопы воды Элемент Водород Кислород Изотоп Н D 16O 17O 18O Количество протонов в ядре 1 1 8 8 8 Количество нейтронов в ядре 0 1 8 9 10 Атомная масса 1 2 16 17 18

Комбинации 5 стабильных изотопов водорода и кислорода дают набор 9 молекул-изотопологов воды (табл.2).

Таблица 2. Изотопологи воды Изотополог 1h316O 1HD16O D216O 1h317O 1HD17O D217O 1h318O 1HD18O D218O Изотопы водорода 1H 1H, D D 1H 1H, D D 1H 1H, D D Изотопы кислорода 16O 16O 16O 17O 17O 17O 18O 18O 18O Молекулярная масса 18 19 20 19 20 21 20 21 22

Молекула 1h316O является самой лёгкой из совокупности всех изотопологов воды. Именно воду 1h316O следует считать классической или лёгкой водой.

Лёгкая вода как моноизотопная композиция 1h316O является предельным случаем изотопной чистоты. В естественных условиях такой чистой лёгкой воды не существует. Для получения изотополога 1h316O ведут тонкую многостадийную очистку природных вод или синтезируют из исходных элементов 1h3 и 16O2.

Природная вода представляет собой многокомпонентную смесь изотопологов. Содержание самого лёгкого изотополога в ней значительно превосходит концентрацию всех остальных вместе взятых. В природных водах в 1000000 молекул в среднем содержится 997284 молекул 1h316O, 311 молекул 1HD16O, 390 молекул 1h317O, и около 2005 молекул 1h318O.

Концентрация молекул воды, содержащих тяжёлые изотопы D, 17O, 18O, в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы SMOW и SLAP (табл.3). Весовые количества изотопологов в природной воде рассчитаны на основании данных прямого определения их содержания методом молекулярной спектроскопии[3].

Таблица 3. Рассчитанные весовые количества изотопологов в природной воде, соответствующие международным стандартам SMOW (средняя молекулярная масса = 18,01528873) и SLAP (средняя молекулярная масса = 18,01491202),[4]. Изотополог воды Молекулярная масса Содержание, г/кг SMOW SLAP 1h316O 18,01056470 997,032536356 997,317982662 1HD16O 19,01684144 0,328000097 0,187668379 D216O 20,02311819 0,000026900 0,000008804 1h317O 19,01478127 0,411509070 0,388988825 1HD17O 20,02105801 0,000134998 0,000072993 D217O 21,02733476 0,000000011 0,000000003 1h318O 20,01481037 2,227063738 2,104884332 1HD18O 21,02108711 0,000728769 0,000393984 D218O 22,02736386 0,000000059 0,000000018

Как видно из таблицы 3, в природной воде весовая концентрация тяжёлых изотопологов может достигать 2,97 г/кг, что является значимой величиной, сопоставимой, например, с содержанием минеральных солей.

Природная вода, близкая по содержанию изотополога 1h316O к стандарту SLAP, а также специально очищенная с существенно увеличенной долей этого изотополога по сравнению со стандартом SLAP, определяется как особо чистая лёгкая вода (менее строгое определение, которое применимо в реальной жизни).

В лёгкой воде доля самого лёгкого изотополога составляет (мол.%):

99.76 < 1h316O ≤ 100.

Если из воды, отвечающей стандарту SMOW, удалить все тяжёлые молекулы, массовое содержание которых составляет 2,97 г/кг и заменить их на 1h316O, то масса 1 л такой лёгкой и изотопно чистой воды уменьшится на 250 мг. Таким образом, параметры лёгкой воды, в первую очередь, её «лёгкость» и изотопный состав поддаются измерению с помощью таких методов, как масс-спектрометрия, гравиметрия, лазерная абсорбционная спектроскопия[5], ЯМР.

Международные стандарты на природные воды различного изотопного состава[ | ]

Содержание тяжёлых изотопов водорода и кислорода в природных водах определяется двумя международными стандартами, введенными Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ)[6][7]:

  • Стандарт VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water) определяет изотопный состав глубинной воды Мирового океана.
  • Стандарт SLAP (Standard Light Antarctic Precipitation) определяет изотопный состав природной воды из Антарктики.

По международному стандарту VSMOW абсолютное содержание дейтерия и кислорода-18 в океанической воде составляет[8] : D VSMOW /1H VSMOW=(155,76±0,05)·10−6, или 155,76 ppm 18O VSMOW/16O VSMOW =(2005,20±0,45)·10−6, или 2005 ppm. Для стандарта SLAP концентрации в воде составляют[9]: дейтерия D/H=89·10−6 или 89 ppm, кислорода-18 18O/16O=1894·10−6 или 1894 ppm.

Содержание лёгкого изотополога 1h316O в воде, соответствующей по изотопному составу VSMOW, составляет 997,0325 г/кг (99,73 мол. %). Доля самого лёгкого изотополога в воде, соответствующей по изотопному составу SLAP, составляет 997,3179 г/кг (99,76 мол. %).

Стандарт SLAP характеризует самую лёгкую природную воду на Земле. Вода в различных точках земного шара неодинакова по своей лёгкости.

Свойства и эффекты лёгкой воды[ | ]

Изотопологи отличаются друг от друга по физическим, химическим и биологическим свойствам (табл.4).

Таблица 4. Изменение физических свойств воды при изотопном замещении Физические свойства 1h316O D216O 1h318O
Плотность при 20 °C, г/см3 0.9970 1.1051 1.1106
Температура максимальной плотности, °C 3.98 11.24 4.30
Температура плавления при 1 атм, °C 0 3.81 0.28
Температура кипения при 1 атм, °C 100 101,42 100,14
Давление пара при 100 °C, Торр 760,00 721,60 758,10
Вязкость при 20 °C, сантипуаз 1,002 1,247 1,056

Равновесное давление паров у изотопологов воды различается, и весьма существенно. Чем меньше масса молекулы воды, тем выше давление пара, а это означает, что пар, равновесный с водой, всегда обогащён лёгкими изотопами кислорода и водорода. Относительно малой массы элементов разница масс изотопов велика, поэтому они способны сильно фракционировать в природных процессах: D/H → 100 %, 18O/16O →12,5 %. Изотопы водорода и кислорода наиболее эффективно фракционируют в процессах испарения-конденсации и кристаллизации воды.

Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о различии физико-химических свойств легкой воды и деионизированной воды природного изотопного состава[10].

Тяжёлые изотопологи в природной воде являются примесями по отношению к 1h316O, которые по некоторым исследованиям можно рассматривать как дефекты структуры[11].

Устранение гетерогенности воды по изотопному составу приводит к увеличению её гомогенности. Лёгкая вода является более однородной жидкостью. Тяжелоизотопные молекулы, содержащиеся в воде в природных концентрациях, практически не оказывают заметного влияния на неживые системы. В наибольшей степени эффекты лёгкой воды проявляются на биологических объектах, для которых характерны каскадные реакции.

Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений её изотопного состава. В ходе эволюции живых организмов произошёл отбор биохимических процессов с настройкой их только на один изотоп, как правило, лёгкий[12]. В организме человека происходит «фракционирование изотопов, сопровождающееся удалением тяжёлых стабильных изотопов водорода и кислорода воды»[13]. Применение воды с повышенной концентрацией тяжёлых изотопов, в частности, дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма[14][15]. В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод с пониженным, относительно природного, содержанием тяжелых изотопологов, в частности дейтерия и кислорода 18[16][17]. Проводимые в ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем» РАН систематические исследования по созданию среды обитания космонавтов с оптимальным изотопным составом биогенных химических элементов показали, что вода с пониженным по сравнению с природным содержанием тяжелоизотопных молекул является необходимым компонентом системы жизнеобеспечения космонавтов во время длительных полётов[18]

Биологические свойства[ | ]

В качестве универсальной среды, в которой идут все биологические реакции, лёгкая вода увеличивает скорость этих реакций по сравнению с водой природного изотопного состава. Этот эффект известен под названием кинетический изотопный эффект растворителя[19].

Транспортные свойства легкой воды доказаны при изучении влияния тяжелых изотопологов в составе природной воды на динамику выведения красителя метиленового синего из обонятельной системы шпорцевых лягушек[20].

Наиболее сильное влияние очистка воды от тяжёлых изотопологов оказывает на энергетический аппарат живой клетки. Дыхательную цепь митохондрий отличают каскадные реакции. Тяжёлые изотопологи замедляют скорость реакций дыхательной цепи. На примере реакции генерации перекиси водорода митохондриями с янтарной кислотой в качестве субстрата экспериментально доказан общий ингибирующий эффект тяжёлых изотопологов воды. Снижение их содержания в воде до уровня ниже природных концентраций деингибирует и достоверно ускоряет исследованную реакцию[21].

Лёгкая вода проявляет противоопухолевую активность, что показано в работах учёных, проводимых в исследовательских центрах разных стран[22][23][24][25]. По данным Г.Шомлаи, результаты клинических испытаний, проведённых в 1994—2001 гг. в Венгрии, показали, что уровень выживаемости больных, употреблявших лёгкую воду в сочетании с традиционными методами лечения или после них выше, чем у больных, использовавших только химио- или лучевую терапию[26].

Токсикопротекторные свойства легкой воды подтверждены экспериментальными исследованиями[27] , из которых следует, что легкая вода, очищенная от тяжелых изотопологов, за счет своих транспортных свойств эффективно выводит токсины и продукты метаболизма из организма.

Также отмечено влияние легкой воды на пациентов с сахарным диабетом II типа. Результаты открытого предклинического исследования продолжительностью 90 дней показали, что под действием легкой воды у добровольцев снизился повышенный уровень глюкозы натощак и снизилась инсулинорезистентность[28].

См. также[ | ]

Примечания[ | ]

  1. ↑ Кульский Л. А., Даль В. В., Ленчина Л. Вода знакомая и загадочная.- Киев: «Радянська школа», 1982.- 120 с.
  2. ↑ Петрянов-Соколов И. В. Самое необычное вещество в мире.// Химия и жизнь. 2007. № 1. с.26.
  3. ↑ Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1998, 60, 665. Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 2003, 82, p.9.
  4. ↑ Патент RU 2295493. «Способ и установка для производства лёгкой воды». Соловьев С. П.
  5. ↑ Lis G., Wassenaar L. I., Hendry M. J. High-Precision Laser Spectroscopy D/H and 18O/16O Measurements of Microliter Natural Water Samples.// Anal. Chem. 2008. V. 80 (1). P. 287—293
  6. ↑ Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983 г.
  7. ↑ Craig, H. Standard for Reporting Concentrations of Deuterium and Oxygen-18 in Natural Waters. // Science. 1961. V. 133. PP. 1833−1834.
  8. ↑ Hagemann R., Niff G., Roth E. Absolute isotopic scale for deuterium analysis of natural waters. Absolute D/H ratio for SMOW. // Tellus. 1970. V.22. N6. PP.712-715.
  9. ↑ De Wit J.C., van der Straaten C.M.; Mook W.G. Determination of the Absolute Hydrogen Isotopic Ratio of VSMOW and SLAP. // Geostandards Newsletter. 1980. V. 4. N. 1. PP. 33−36.
  10. ↑ V.V. Goncharuk, V.B. Lapshin, T.N. Burdeinaya, T.V. Pleteneva, A.S. Chernopyatko et al. Physicochemical Properties and Biological Activity of the Water Depleted of Heavy Isotopes // 2011, published in Khimiya i Tekhnologiya Vody, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 15-25. Journal of Water Chemistry and Technology, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 8-13.
  11. ↑ Смирнов А. Н., Лапшин В. Б., Балышев А. В., Лебедев И. М., Гончарук В. В., Сыроешкин А. В. Структура воды: гигантские гетерофазные кластеры воды. // Химия и технология воды. — 2005.- № 2. — C. 11-37; Смирнов А. Н., Сыроешкин А. В. Супранадмолекулярные комплексы воды. // Рос. хим. ж. — 2004.- Т.48 — № 2. — C. 125—135
  12. ↑ Синяк Ю. Е.., Григорьев А. И. Оптимальный изотопный состав биогенных химических элементов на борту пилотируемых космических аппаратов. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1996. Т. 30, № 4, С. 26.
  13. ↑ Синяк Ю. Е., Скуратов В. М., Гайдадымов В. Б., Иванова С. М., Покровский Б. Г. Григорьев А. И. Исследование фракционирования стабильных изотопов водорода и кислорода на международной космической станции. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005. Т. 39, № 6, С. 43.
  14. ↑ Денько Е. И. Действие тяжёлой воды (D2O) на клетки животных, растений и микроорганизмы. // Усп. совр. биол.. 1970. Т. 70, № 4, С. 41.
  15. ↑ Лобышев В. И. Механизмы термодинамических и кинетических изотопных эффектов D2O в биологических системах Автореф. докт. диссертации. Москва, — 1987 (биофак МГУ)
  16. ↑ GLEASON J.D., FRIEDMAN I. Oats may grow better in water depleted in oxygen 18 and deuterium. NATURE 256, 305 (24 July 1975)
  17. ↑ Bild W, Năstasă V, Haulică I. In vivo and in vitro research on the biological effects of deuterium-depleted water: 1. Influence of deuterium-depleted water on cultured cell growth. // Rom J. Physiol. 2004. V.41. N 1-2. P:53-67.
  18. ↑ Sinyak Y., Grigoriev A., Gaydadimov V., Gurieva T., Levinskih M., Pokrovskii B. Deuterium-free water (1h3O) in complex life-support systems of long-tern space missions. // Acta Astronautica. 2003. V. 52, P. 575.
  19. ↑ Райхардт К. «Растворители и эффекты среды в органической химии». -М.: «Мир», 1991. — 763 с.
  20. ↑ Т. Н. Бурдейная, В. А. Поплинская, А. С. Чернопятко, Э. Н. Григорян. Влияние легкой воды на динамику выведения красителя из обонятельной системы личинок Xenopus laevis // Вода: химия и экология 2011.-№ 9 — C. 86-91
  21. ↑ Pomytkin I.A., Kolesova O.E. //Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2006. V.142. N 5.
  22. ↑ Gyöngyi Z, Somlyai G. Deuterium depletion can decrease the expression of C-myc Ha-ras and p53 gene in carcinogen-treated mice. // In Vivo. 2000. V.14. N.3. P. 437.
  23. ↑ Berdea P., Cuna S., Cazacu M., Tudose M. Deuterium variation of human blood serum. // Studia Universitatis Babeş-Bolyai, Physica. 2001. Special issue
  24. ↑ Krempels K., Somlyai I., Somlyai G. A Retrospective Evaluation of the Effects of Deuterium Depleted Water Consumption on 4 Patients with Brain Metastases from Lung Cancer. // Integrative Cancer Therapies. 2008. V.7. N.3. P. 172—181.
  25. ↑ Cong F.-S., Zhang Y.-R., Sheng H.-C., Ao Z.-H., Zhang S.-Y., Wang J.-Y. Deuterium-depleted water inhibits human lung carcinoma cell growth by apoptosis. // Experimental and Therapeutic Medicine. 2010. V.1. N.2. P.277-283
  26. ↑ Somlyai G. «Let’s Defeat Cancer!». Akadémiai Kiadó, Budapest, 2001.
  27. ↑ Doina P.M. et al., Bulletin UASVM, Veterinary Medicine. 2008. V.65(1). P.1843
  28. ↑ Gábor Somlyai, Miklós Molnár, Ildikó Somlyai, István Fórizs, György Czuppon Effect of subnormal level of.... — 2015-06-08.

Ссылки[ | ]

encyclopaedia.bid


Смотрите также

">