14.3 Изотопный состав воды. Изотопы воды


Изотопный состав воды - это... Что такое Изотопный состав воды?

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.

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

Ссылки

dic.academic.ru

Разделение изотопов воды

Добрый  день господин Мосин!

С интересом узнал, что ректификация используется для разделения изотопов воды. Мною разработана, и получила промышленное внедрение (спиртовая промышленность) инновационная технология массообмена. Эффективноть разделения компонентов  в 3-4 раза выше, при уменьшении затрат пара в 1,5-2 раза, чем в обычных колоннах. Я ищу новые области использования своей технологии. Как понял из Вашего сайта, это может быть ядерная энергетика. Если можете, подскажите, к кому  обратиться для получения консультации.  Скачать 3D анимации на процесс на сайте

С уважением, Владимир Малета

Ответ:

Уважаемый господин Малета,

Большое спасибо за интерес к нашему сайту.

Промышленная технология глубокой очистки воды от дейтерия и трития методом колоночной ректификации была разработана в 2004 году А. А. Тимаковым и В. И. Петриком.

Молекулы тяжёловодородной воды были впервые обнаружены в природной воде Гарольдом Юри в 1932 году году. А уже в 1933 году Гильберт Льюис получил чистую тяжёловодородную воду путём электролиза обычной воды.

В составе обычной воды можно обнаружить не только тяжелую воду. Известна сверхтяжелая вода T2O (атомная масса трития - Т равна 3) и тяжелокислородная вода, молекулы которой содержат вместо атомов 16O атомы 17O и 18O. В природных водах соотношение между тяжёлой и обычной водой составляет 1:5500 (в предположении, что весь дейтерий находится в виде тяжёлой воды D2O, хотя на самом деле он частично находится в составе полутяжёлой воды HDO), а чтобы обнаружить один атом трития, надо иметь по крайней мере 1018 атомов 1H. Тритий зарождается в высоких слоях атмосферы, где идут природные ядерные реакции. Он является одним из продуктов бомбардировки атомов азота нейтронами космического излучения. Ежеминутно на каждый квадратный сантиметр земной поверхности падают 8-9 атомов трития. В небольших количествах сверхтяжелая (тритиевая) вода попадает на Землю в составе осадков. Во всей гидросфере одновременно насчитывается лишь около 20 кг Т20. Тритиевая вода распределена неравномерно: в материковых водоемах ее больше, чем в океанах; в полярных океанских водах ее больше, чем в экваториальных. По своим свойствам сверхтяжелая вода еще заметнее отличается от обычной: кипит при 104°С, замерзает при 4...9°С, имеет плотность 1,33 г/см3.

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

 

Н2 16O, Н217O, Н218O, HD16O, HD17O, HD18O, D216O, D217O, D218O.

Классической водой следует считать протиевую воду 1h316O в чистом виде, то есть без малейших примесей остальных 134 изотопных разновидностей. И хотя содержание протиевой воды в природе значительно превосходит содержание всех остальных вместе взятых видов, чистой 1h316O в естественных условиях не существует. Во всем мире такую воду можно отыскать лишь в немногих специальных лабораториях. Ее получают очень сложным путем и хранят с величайшими предосторожностями. Для получения чистой 1h316O ведут очень тонкую, многостадийную очистку природных вод или синтезируют воду из исходных элементов 1h3 и 16O, которые предварительно тщательно очищают от изотопных примесей. Такую воду применяют в экспериментах и процессах, требующих исключительной чистоты химических реактивов.

При этом основные физико-химические константы обычной и тяжелой воды существенно различаются. Обычная вода, ее водяной пар и лед, состав которых выражается химической формулой h3O, имеет молекулярную массу 18,0152 г. Лед образуется при 0°С (273 K), а закипает вода при 100 °C (373 K). Тяжелая вода превращается в лед при 3,813 °C, а пар образуется при 101,43 °C. По вязкости тяжелая вода на 20 % превосходит обычную воду, а максимальная плотность наблюдается при температуре 11,6 °C. Ее химическая формула D2O, где водород заменен на дейтерий, атомная масса которого в 2 раза больше. Окись дейтерия имеет молекулярную массу 20,027. Удельная масса ее на 10 % выше, чем у обычной воды. Вот почему она и называется тяжелой водой.

Таблица Физические свойства обычной и тяжёлой воды

Физические свойства

D2O

h3O

Молекулярная масса

20

18

Плотность при 20C (г/см3)

1,1050

0,9982

T кристаллизации (C)

3,8

0

T кипения (C)

101,4

100

В 1 т речной воды присутствует около 150 г тяжелой. В океанской воде ее чуть больше: на 1 т приходится 165 г. В озерах тяжелой воды обнаружено на 15-20 г больше, чем в реках, из расчета на 1 т. Дождевая вода содержит больше окиси дейтерия, чем снег. Таким образом, речные, озерные, грунтовые и морские воды весьма несхожи по изотопному составу и, следовательно, как объекты, используемые для получения тяжелой воды, далеко не равнозначны. Было время, когда ее считали "мертвой водой" и полагали, что присутствие тяжелой воды в обычной замедляет обмен веществ, способствует старению организма. Случаи долгожительства на Кавказе некоторые исследователи связывают с меньшим количеством окиси дейтерия в горных потоках ледникового и атмосферного происхождения. Возникновение пустынь, исчезновение оазисов и гибель даже целых цивилизаций древности нередко приписывают накоплению тяжёлой воды в питьевой воде. И это не случайно, поскольку тяжелая вода подавляет все живое. Клетки животных способны выдерживать до 25-30% тяжёлой воды в среде, растений (50%), а клетки простейших микроорганизмов способны жить на 80% тяжелой воде. Поэтому тяжёлая вода высокой концентрации токсична для организма; химические реакции в её среде проходят несколько медленнее, по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных.

Теперь понятно, почему так важно очищать воду от тяжёлых изотопов и, в первую очередь от дейтерия, трития и 18О. Однако, эффективной очистки отработанной тяжёлой воды, загрязнённой тритием и другими тяжёлыми изотопами до последнего времени не существовало. Поэтому утилизация отработанной тяжёлой воды в атомной промышленности представляла серьёзную экологическую проблему, сдерживающую внедрение новых более эффективных типов ядерных реакторов. Важнейшим свойством тяжёлой воды является то, что она практически не поглощает нейтроны, поэтому используется в ядерных реакторах на уране-235 для торможения быстрых нейтронов и в качестве теплоносителя. Она используется также в качестве изотопного индикатора в химии и биологии. В физике элементарных частиц тяжёлая вода используется для детектирования нейтрино; так, крупнейший детектор солнечных нейтрино в Канаде содержит 1 килотонну тяжёлой воды.

Поскольку молекула тяжёлой воды имеет большую массу, чем молекула обычной воды, а связи атомов дейтерия с атомом кислорода прочнее связи атомов водорода с кислородом, тяжёлая вода имеет активнее удерживается в жидкой конденсированной фазе, в отличие от обычной воды. Поэтому давление пара тяжёлой воды всегда ниже, чем обычной воды. На построено фракционное разделение изотопов. В естественных условиях эти явления наблюдаются в экваториальных водах, когда в процессе испарения в поверхностных водах увеличивается концентрация изотопа D по сравнению с глубинными горизонтами. Изучение атмосферных осадков показывает, что в первую очередь с дождем выпадают тяжелые изотопы D или 18O. Изотопное разделение происходит в процессе замерзания и таяния. Арктический лед, образующийся из морской воды, содержит на 2 % изотопов D больше, чем вода, из которой он образовался.

Однако на практике коэффициент разделения изотопов методом ректификации довольно низкий. Ректификация воды осуществляется в противоточных колонных аппаратах с контактными элементами – насадками или тарелками. В процессе ректификации воды происходит непрерывный обмен между движущимся относительно друг друга молекул жидкой и паровой фазы. При этом жидкая фаза обогащается более высококипящим компонентом, а паровая фаза - более низкокипящим – тяжёлой водой и другими тяжёлыми изотопами трития 3Н и кислорода 18О. В большинстве случаев ректификацию осуществляют в противоточных колонных аппаратах с различными контактными элементами  - насадками или тарелками. Процесс массообмена происходит по всей высоте колонны между стекающей вниз флегмой и поднимающимся вверх паром. Что интенсифицировать процесс массообмена применяют контактные элементы – насадки и тарелки, что позволяет увеличить поверхность массообмена. В случае применения насадки жидкость стекает тонкой пленкой по ее поверхности, в случае применения тарелок пар проходит через слой жидкости на поверхности тарелок.

Рис. Схема ректификационной колонны

Рис. Экспериментальная ректификационная установка по депротеинизации обычной воды, разработанная в Санкт-Петербургской лаборатории разделения изотопов водорода. Фото с сайта nrd.pnpi.spb.ru/lriv/home_rus.htm

На практике для более глубокой очистки воды от изотопов используется не одна ректификационная колонная, а целая серия – батарея колонн из 20 отдельных колонн.

Рис. Общий вид батареи колонн ректификации для разделения молекул воды на “лёгкие” и ”тяжёлые”. Фото с сайта www.langvey.ru

Сейчас работы по улучшению качества воды ведутся во всех странах мира. Яркий пример тому – деятельность Российской компании по производству лёгкой воды – Лангвэй.

Лёгкая вода (т.е. вода, свободная от дейтерия и других изотопов) – это сложный по своей структуре и составу продукт, оказывающий полифизиологическое действие на организм человека. В этой связи важно оценить, какое влияние на организм окажет очистка питьевой воды от тяжелых молекул при сохранении всех других компонентов воды на регламентируемых гигиеническими нормативами уровнях. Учитывая роль воды в организме и известные изотопные эффекты тяжелой воды, и результаты, полученные по легкой воде, можно ожидать, что наибольший эффект такая очистка может оказать на свойства биологических мембран, регуляторные системы и энергетический аппарат живой клетки. Хорошо известно, например, что под влиянием тяжелой воды ингибируется инициируемый глюкозой выход инсулина из ткани поджелудочной железы и островков Лангерганса, уменьшается скорость поглощения кислорода митохондриями клеток.

Основное действие, оказываемое легкой питьевой водой на человеческий организм – постепенное снижение содержания дейтерия в жидкостях тела за счёт реакций изотопного обмена. Анализ полученных результатов позволяет говорить о том, что очистка воды организма от тяжелой воды с помощью легкой питьевой воды позволяет улучшить работу важнейших систем организма.

Ежедневное употребление легкой питьевой воды позволяет естественным образом снизить содержание тяжелой воды в организме человека за счёт реакций изотопного обмена. Такая уникальная очистка нормализует работу клеточных мембран, улучшает общее самочувствие, повышает работоспособность, увеличивает энергетические ресурсы организма, способствует быстрому восстановлению организма после больших физических нагрузок.

Лёгкая питьевая вода «Лангвей» производится с различным остаточным содержанием дейтерия (от 125 до 50 ppm). Она фасуется в бутылки ПЭТ емкостью 0,55 л и 1,5 л) и предназначена для питья и приготовления пищи. На основании клинических испытаний, проведенных в Российском Научном Центре восстановительной медицины и урортологии и в Институте красоты, легкая питьевая вода «Лангвей» рекомендована в качестве ежедневного напитка для нормализации углеводного и липидного обмена, артериального давления, коррекции веса, улучшения работы желудочно-кишечного тракта, увеличения скорости водообмена и выведения шлаков и токсинов из организма.

Таблица. Сравнительная характеристика легкой питьевой воды "Лангвей" и минеральных вод известных марок

 

Наимено-вание минераль-

ной

воды

Концентрация основных ионов, мг/л

Концент-

рация

дейтерия,

ppm

Катионы

Анионы

Ca2+

Mg2+

Na+

K+

Fe2+/3+

HCO3-

Cl -

F -

SO42-

NO3-

Лангвей

7,3

43

13,5

2,3

4,9

0,02

201,3

4,8

0,18

4,8

<0,1

50-125

Московия

7,2

77,2

24,4

6,3

10,4

<0,001

378

4,7

1,2

10,1

0,1

142

Evian

7,3

80

24,6

5,5

1

0,005

296

3

0,11

11,5

4,3

148

Perrier

5,1

142

3,7

15

0,66

0,015

326

30,5

0,1

76

27

145

VITTEL

7,2

202

36

3,8

2

0,006

402

7,2

0,28

306

6

147

VERA

7,4

33,7

13,1

2,3

0,5

0,001

144

2,1

0

15,3

3,2

145

VICHY

6,3

108

11,4

1240

70,8

0,065

3111

240

8,84

173

3,6

144

Вода высшей категории (СанПиН)

6,5 - 8,5

25 - 80

5 - 50

20

2 -20

0,3

30 - 400

150

0,6 - 1,2

150

5

Не регламен-тируется

 

Подобная технология позволяет произвести очистку природной воды от дейтерия до рекордных величин порядка 1-2 ppm. Это по-настоящему химически чистая лёгкая вода заданного изотопного состава. Кроме того, производительность очистки воды этим методом на порядок величин выше любого другого способа, что, соответственно, снижает ее стоимость. При широкомасштабном производстве лёгкой воды, в будущем она станет доступной любому человеку.  

В настоящее время компания по производству лёгкой воды Лангвэй – это динамично развивающаяся на российском рынке компания, которая использует современные научные разработки наших и зарубежных учёных. 

Рис. Узел разлива лёгкой воды Лангвэй. Фото с сайта www.langvey.ru

В будущих экспериментах планируется, что космонавты в межпланетных полетах будут пить в Космосе "легкую воду" - воду, из которой удалены тяжелые изотопы водорода и кислорода и обладающую положительным биологическим эффектами, в частности, защищающие организм от радиации.

С уважением,

К.х.н. О.В. Мосин

www.o8ode.ru

14.3 Изотопный состав воды

Изучение изотопов кислорода (О16, О17, О18) и водорода (Н1, Н2, Н3) показало, что в зависимости от их комбинаций может существовать 18 различных типов воды. Особое внимание сейчас привлекла тяжелая или мертвая вода (Н22О или Д2О), которая отличается от обычной воды особыми биологическими свойствами. В ней не прорастают семена, она смертельна для различных организмов. Однако содержание этой воды обычно незначительно и не оказывает вредного воздействия. Тяжелая вода имеет плотность 1,106, максимальная плотность – при + 11,8 0С, tкип. = 101,420, tплавл. = 3,82.

Изучение изотопов водорода показало, что их природное фракционирование зависит от многих причин. С увеличением возраста вод (седиментационные воды) количество дейтерия увеличивается; тяжелее обычной воды оказалась кристаллизационная, а также вода, содержащаяся в тканях растений и животных. Сверхтяжелая вода (Т2О18или Н23О18) имеет плотность 24, т.е. она на 33% тяжелее обычной воды. Удельный вес ее 1,332, tкип. 103-1050С, точка плавления льда 8-100, точка наибольшей плотности 18-200С.

Некоторые исследователи (А.С. Уклонский и др.) считают, что кислород О16 характерен для атмосферной воды, воды на поверхности Земли и подземных вод, питаемых атмосферными осадками; О17 –для океанов, а О18 – для глубинных вод литосферы. Вполне возможно, что непостоянство изотопного состава воды наряду со структурой является одной из причин проявления свойственных воде аномалий.

14.4 Физические свойства воды

К главнейшим физическим свойствам природных вод, которые обычно определяются при гидрогеологических исследованиях, относятся: температура, цвет, прозрачность, вкус, запах, удельный вес.

Температура.

Температура подземных вод колеблется в широких пределах: от минусовой в области многолетней мерзлоты (-13,50С), до температуры перегретых паров (>1200С) в районах молодой вулканической деятельности и на больших глубинах. Температура вод определенным образом влияет на химический состав. Повышение температуры увеличивает скорость движения молекул в растворе и скорость течения большинства физико-химических реакций (правило Оствальда). Определение температуры воды производят различными термометрами, применяются так называемые родниковые термометры (ленивые), а также максимальные и минимальные. Более чувствительными и точными являются электрические термометры и электронные датчики.

Прозрачность.

Прозрачность воды зависит от количества в ней взвешенных частиц. Качественно ее определяют в пробирке, в которую налито 10мл воды. Глядя сверху, определяют степень прозрачности воды по номенклатуре: прозрачная, слабоопалесцирующая, опалесцирующая, слегка мутная, мутная, сильно мутная. Количественное определение прозрачности проводят в приборе,- цилиндре с объемным плоским пришлифованным дном, градуированном по высоте на сантиметры. Прозрачность выражается в сантиметрах высоты столба с точностью до 0,5см. Для определения количества взвешенных частиц пробу воды (0,5-1,0л) взбалтывают и фильтруют через взвешенный тигель с пористым дном или через взвешенный фильтр, затем сушат и взвешивают. В случае изменения прозрачности воды при стоянии дают характеристику выпавшему осадку (нет, незначительный, заметный, большой) и по качеству (кристаллический, хлопьевидный, илистый, песчаный и т.д.) с указанием его цвета.

Цвет.

Цвет воды до некоторой степени характеризует ее качество. Химически чистая вода бесцветна, и только в слое толщиной несколько метров она приобретает голубой цвет. Окраску воде придают механические примеси. Желтоватый цвет характерен для болотных вод, содержащих гуминовые вещества. Иногда вода имеет цвет чая (р.Чая). Вода чернеет за счет образования моносульфида железа в поверхностных условиях, после извлечения ее с глубины.

Качественное определение цвета производят в прозрачной воде, в пробирке, под которую подставляют белую бумагу. Цвет воды характеризуется следующим образом: бесцветная, зеленоватая, желтоватая, бурая и т.д.

Количественное определение производят сравнением исследуемой воды, налитой в цилиндр бесцветного стекла 100мл и высотой 20см, со стандартным платинокобальтовым раствором, налитым в такой же цилиндр, при просмотре на белом фоне.

Вкус.

Вкус воды зависит от состава растворенных в ней веществ. Например, соленый вкус вызывается NaCl, горький – MgSO4, ржавый или чернильный – солями железа. Сладковатый вкус имеют воды, богатые органическим веществом.

Для определения вкуса воду подогревают до 300С набирают в рот около 15 мл и держат несколько секунд. Различают: соленый, горький, сладкий и кислый вкус, а также привкус: хлорный, рыбный, металлический и др.

Запах.

Запах воды свидетельствует или о наличии газов биохимического происхождения (H 2 S и др.) или о присутствии гниющих органических веществ.

Нагревают воду в пробирке с пробкой, а затем нюхают, характер запаха: без запаха, сероводородный, болотный, глинистый, плесневелый и т.д. по баллам (от 0 до 5).

Удельный вес (плотность, г/см3).

Зависит от величины минерализации, температуры, газонасыщенности и др.). Он определяется: ориентировочно – ареометром, точно – пикнометром, при определенной температуре.

studfiles.net

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

wikiredia.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[править]

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]

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[править]

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]

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.

  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

www.wikiznanie.ru

Изотопный состав воды

Уважаемый Олег! Пишет Вам большая Ваша поклонница. Мне нравятся Ваши популярные публикации в Интернете по поводу тяжелой воды и эволюции Вселенной, основанной на распространенности изотопов дейтерия.Недавно я участвовала в дискуссии по поводу этой самой тяжелой воды и ее возможных видах. Дискуссия была на литературном конкурсе фантастических рассказов, где большинство авторов не профессионалы, а любители и имеют основные профессии всякие разные. Я тоже участвую там, в качестве писателя-любителя.

Один из рассказов (другого автора) затронул вопрос о тяжелой воде. Его обсмеяли, а я безуспешно пыталась защитить эту работу. Сначала мне попалась Ваша популярная статья с упоминанием возможного числа молекул тяжелой воды (476), если изотопов водорода 7, а кислорода 17. Затем я нашла даже ссылку на научную работу: G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A.H. Wapstra, The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties, 2003.

Прочесть ее мне не составило большого труда. Внимательно изучила табличку с нуклидами, где нашла в подтверждение 7 изотопов водорода и 17 изотопов кислорода. После этого посчитала число молекул воды с учетом сочетаний всех этих изотопов. Если ввести индексы для атомов водорода - первого атома: i={1,7}, второго атома водорода j={1,7} и для атома кислорода k={1,17} в молекуле воды. И расписать эти комбинации молекул таким образом (где индекс i указан явно). (И учтесть, что сочетания ij = ji) Тогда имеем : 1H jH kO, 2H jH kO, 3H jH kO, 4H jH kO, 5H jH kO, 6H jH kO, 7H jH kO , где (Слева от символов химических элементов - верхние индексы)И общее число типов молекул воды получается: 7 17 + 6 17 + 5 17 + 4 17 + 3 17 + 2 17 + 1 17 = 476. Вроде как все совпадает. Может я что-то напутала, не знаю?Однако нашлись специалисты, которые мои аргументы обсмеяли, сказав, что таких изотопов не может быть, потому что их в природе не существует. Может быть, Вы посмотрите на этот диалог (мой ник - maya) mirrorshades.ru/blog/Litc/2306.html#cut(с точки зрения специалиста из области химии, он достаточно забавный). Однако все мои попытки были растоптаны в пыль. Прошу прощения, но местами ответила оппоненту типа, "он сам такой", каюсь, это не лучший выход. Эмоции. Буду Вам признательна, за Ваш ответ.

С уважением и наилучшими пожеланиями, поклонница Ваша и Вашей теории,

Зоя,

_______________

 

Здравствуйте, Зоя.

Большое спасибо за интерес к моим работам по тяжёлой воде. Что же касается изотопного состава воды, признаю, наверное, мои данные устарели. Мне известно лишь 5 изотопных разновидностей водорода, включая 2 стабильных (водород (1Н), дейтерий (2Н)) и 3 радиоактивных (тритий (3Н) и 2 искусственно синтезированных радиоактивных изотопа 4Н и 5Н) и 13 изотопов кислорода, включая 3 стабильных (16O, 17O, 18O) и 10 радиоактивных искусственно синтезированных радиоактивных изотопов кислорода (12O, 13O, 14O, 15O, 19O, 20O, 21O, 22O, 23O, 24O). С учетом этих данных количество изотопных разновидностей воды должно быть 195. Но если учитывать ваши данные, что существует 7 изотопов водорода и 17 изотопов кислорода, то количество возможных вод с различным изотопным составом должно действительно быть 476. Так что вы совершенно правы, осуществив такие точные математические расчеты. Поздравляю Вас! Однако с точки зрения практики, и это имеет место в природе, распад почти всех радиоактивных изотопов водорода и кислорода происходит за секунды или доли секунды (иключением является тритий, период полураспада которого составляет более 12 лет). Более тяжёлые, чем тритий, искусственно полученные радиоактивные изотопы водорода 4H и 5H живут порядка 10 20 с; за это время никакие химические связи просто не успевают образоваться, и, следовательно, молекул воды с такими изотопами в природных условиях не существует. Тяжёлые радиоизотопы кислорода имеют периоды полураспада от нескольких десятков секунд до наносекунд. Поэтому образцы воды с такими изотопным составом в нормальных условиях получить практически невозможно, хотя молекулы таких вод могут быть получены в условиях современных ускорителей изотопов – в синхрофазотронах.

 

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

 

Стабильные:

  • Н216O легкая вода (вода)
  • Н217O
  • Н218O тяжёлокислородная вода
  • HD16O полутяжёлая вода
  • HD17O
  • HD18O-полутяжелокислородная вода
  • D216O тяжёлая вода
  • D217O
  • D218O – тяжёлокислородная вода

Радиоактивные:

  • T216O – тритиевая вода
  • T217O
  • T218O
  • DT16O – полутритиевая вода
  • DT17O
  • DT18O
  • HT16O
  • HT17O
  • HT18O

С учётом наличия трития их число возрастает до 18. Таким образом, в природе кроме обычной, наиболее распространённой в природе «лёгкой» воды 1h316O, в общей сложности существует 8 нерадиоактивных (стабильных) и 9 нерадиоактивных «тяжёлых вод».

С уважением,

О. В. Мосин

                 

www.o8ode.ru

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. ↑ [http://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. ↑ [http://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. ↑ [http://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. ↑ [http://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. ↑ [http://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 [https://www.researchgate.net/publication/277858436_Effect_of_subnormal_level_of Effect of subnormal level of...]. — 2015-06-08.

Ссылки

Отрывок, характеризующий Изотопный состав воды

– Ну, конечно же, нет, Изидора!.. Мы бы все ушли, чтобы защитить его. Да не все сумели перешагнуть через свой Долг... Знаю, что ты не веришь мне, но мы все до единого очень любили его... и, конечно же, Магдалину. Просто не все могли забыть свои обязанности и бросить всё из-за одного человека, каким бы особенным он ни был. Ты ведь отдаёшь свою жизнь, чтобы спасти многих? Вот и наши волхвы остались в Мэтэоре, чтобы охранять Священные Знания и учить других одарённых. Такова жизнь, Изидора... И каждый делает её лучше, по мере своих возможностей. – Скажи, Север, а почему ты называешь Франкских королей – Русами? Разве эти народы имели между собой что-либо общее? Насколько я помню, они всегда звались – Франками?.. А позже красавица Франкия стала Францией. Разве не так? – Нет, Изидора. Знаешь ли ты, что означает слово – франки? – Я отрицательно мотнула головой. – «Франки» просто означает – свободные. А Меровинги были северными Русами, пришедшими учить свободных Франков военному искусству, правлению страной, политике и науке (как они шли во все остальные страны, будучи рождёнными для учения и блага остальных живущих людей). И назывались они правильно – Меравингли (мы-Ра-в-Инглии; мы, дети Ра, несущие Свет в родной Первозданной Инглии). Но, конечно же, потом это слово, как и многое другое, «упростили»... и оно стало звучать, как «Меровинги». Так создалась новая «история», в которой говорилось, что имя Меровинги произошло от имени короля Франков – Меровия. Хотя к королю Меровию это название ни малейшего отношения не имело. Тем более, что король Меровий был уже тринадцатым из королей Меровингов. И логичнее, естественно, было бы назвать всю династию именем первого из правящих королей, не так ли? Так же, как и к другой глупой легенде о «морском чудовище», якобы породившем на свет династию Меровингов, это название, естественно, отношения также не имело. Видимо, Думающим Тёмным очень хотелось, чтобы люди не знали настоящего значения ИМЕНИ правящей династии Франков. Поэтому они постарались быстренько их переименовать и превратить в «слабых, невезучих и жалких» королей, изолгав в очередной раз настоящую мировую историю. Меравингли же были яркой, умной и одарённой династией северных Русов, добровольно покинувших свою великую родину и смешавших свою кровь с высшими династиями тогдашней Европы, дабы родился из этого новый могущественный Род магов и воинов, который смог бы мудро править странами и народами, населявшими в то время полудикую Европу. Они были чудесными магами и воинами, могли лечить страдающих и учить достойных. Все без исключения Меравингли носили очень длинные волосы, которых ни при каких обстоятельствах не соглашались стричь, так как черпали через них Живую Силу. Но к сожалению, это было также известно и Думающим Тёмным. Именно поэтому самым страшным наказанием стал насильный «постриг» последней Меравингльской королевской семьи. После предательства королевского казначея-еврея, ложью и хитростью натравившего в этой семье брата на брата, сына на отца, ну а потом уже с лёгкостью сыгравшего на человеческой гордости и чести... Так впервые в королевской семье Меравинглей пошатнулась былая твердыня. И непоколебимая вера в единство Рода дала первую глубокую трещину... Многовековая война Меравинглей с противоборствующим родом стала подходить к своему печальному завершению... Последний настоящий король этой чудесной династии – Дагобер II, оказался, опять же, по-предательски убитым – он погиб на охоте от руки подкупленного убийцы, ударившего его в спину отравленным копьём.

На этом и закончилась (вернее – была истреблена) самая одарённая династия в Европе, нёсшая свет и силу непросвещённому европейскому народу. Как видишь, Изидора, трусы и предатели во все времена не осмеливались бороться открыто, зная наверняка, что выиграть честно у них никогда не было, и не будет никаких, даже малейших шансов. Но зато ложью и низостью они побеждали даже самых сильнейших, используя их честь и совесть в свою пользу... совершенно не беспокоясь о своей же «погибающей во лжи» душе. Таким образом, уничтожив «мешающих просветлённых», Думающие Тёмные после придумывали угодную им «историю». А люди, для которых такая «история» создавалась, тут же с лёгкостью принимали её, даже не попытавшись задуматься... Это, опять же, наша Земля, Изидора. И мне искренне грустно и больно, что не удаётся заставить её «проснуться»... Моё сердце вдруг горько и болезненно заныло... Значит, всё же, во все времена были светлые и сильные люди, мужественно, но безнадёжно боровшиеся за счастье и будущее человечества! И они все, как правило, погибали... В чём же была причина столь жестокой несправедливости?.. С чем же всё-таки был связан такой повторяющийся смертельный исход? – Скажи мне, Север, почему всегда погибают самые чистые и самые сильные?.. Знаю, что уже задавала тебе этот вопрос... Но я всё ещё не могу понять, неужели же люди и вправду не видят, сколь прекрасна и радостна была бы жизнь, послушай бы они хоть одного из тех, кто так яро за них сражался?! Неужели ты всё же прав, и Земля настолько слепа, что за неё пока ещё рано болеть?!.. Пока ещё рано бороться?.. Грустно покачав головой, Север ласково улыбнулся. – Ты сама знаешь ответ на этот вопрос, Изидора... Но ты ведь не сдашься, даже если тебя и пугает столь жестокая правда? Ты – Воин, и ты таковой останешься. Иначе предала бы себя, и смысл жизни навсегда был бы для тебя потерян. Мы есть то, что мы ЕСТЬ. И как бы мы не старались меняться, наш стержень (или наша основа) всё равно останется таким, каковой по-настоящему является наша СУТЬ. Ведь если человек пока ещё «слеп» – у него всё же есть надежда когда-то прозреть, не так ли? Или если мозг его всё ещё спит – он всё же может когда-нибудь проснуться. Но если человек по сути своей «гнил» – то каким бы хорошим он быть ни старался, его гнилая душа всё равно в один прекрасный день выползает наружу... и убивает любую его попытку выглядеть лучше. А вот если Человек истинно честен и смел – его не сломает ни боязнь боли, ни самые злые угрозы, так как его душа, его СУТЬ, навсегда останется такой же смелой и такой же чистой, как бы безжалостно и жестоко он не страдал. Но вся беда и слабость его в том, что так как Человек этот поистине Чист, он не может узреть предательство и подлость ещё до того, как оно становится явным, и когда ещё не слишком поздно что-либо предпринять... Он не может такое предусмотреть, так как эти низкие чувства в нём полностью отсутствуют. Поэтому на Земле всегда будут гибнуть самые светлые и самые смелые люди, Изидора. И продолжаться будет это до тех пор, пока КАЖДЫЙ земной человек не прозреет и не поймёт, что жизнь не даётся даром, что за прекрасное надо бороться, и что Земля не станет лучше, пока он не наполнит её своим добром и не украсит своим трудом, каким бы малым или незначительным он ни был.

Но как я уже говорил тебе, Изидора, этого придётся ещё очень долго ждать, ибо пока что человек думает только о своём личном благополучии, даже не задумываясь, для чего он пришёл на Землю, для чего был на ней рождён... Ибо каждая ЖИЗНЬ, какой бы незначительной она ни казалась, приходит на Землю с какой-то определённой целью. В большинстве своём – чтобы сделать лучше и радостнее, могущественнее и мудрее наш общий ДОМ. – Ты думаешь, обычного человека когда-нибудь заинтересует общее благо? Ведь у многих людей это понятие совершенно отсутствует. Как же их научить, Север?.. – Этому нельзя научить, Изидора. У людей должна появиться потребность к Свету, потребность к Добру. Они должны сами желать изменения. Ибо то, что даётся насильно, человек инстинктивно старается побыстрее отвергнуть, даже не пытаясь что-либо понять. Но мы отвлеклись, Изидора. Желаешь ли, чтобы я продолжил историю Радомира и Магдалины? Я утвердительно кивнула, в душе сильно сожалея, что не могу вот так просто и спокойно вести с ним беседу, не волнуясь об отпущенных мне судьбой последних минутах моей искалеченной жизни и не думая с ужасом о нависшей над Анной беде... – В библии очень много пишется об Иоанне Крестителе. Был ли он по-настоящему с Радомиром и рыцарями Храма? Его образ так удивительно хорош, что иногда заставлял сомневаться, являлся ли Иоанн настоящей фигурой? Можешь ли ты ответить, Север? Север тепло улыбнулся, видимо вспоминая что-то, очень для него приятное и дорогое... – Иоанн был мудрым и добрым, как большое тёплое солнце... Он был отцом для всех идущих с ним, их учителем и другом... Его ценили, слушались и любили. Но он никогда не был тем молодым и удивительно красивым юношей, каким его обычно рисовали художники. Иоанн в то время был уже пожилым волхвом, но всё ещё очень сильным и стойким. Седой и высокий, он был скорее похож на могучего былинного воина, чем на удивительно красивого и нежного юношу. Он носил очень длинные волосы, как впрочем, и все остальные, находящиеся с Радомиром.

Это был Радан, он был и правда необычайно красивым. Он, как и Радомир, с малых лет жил в Мэтэоре, рядом со своей матерью, Ведуньей Марией. Вспомни, Изидора, как много картин существует, в которых Мария написана с двумя, почти одного возраста, младенцами. Их почему-то рисовали все знаменитые художники, возможно, даже не понимая, КОГО по-настоящему изображала их кисть... И что самое интересное – это то, что именно на Радана Мария смотрит на всех этих картинах. Видимо уже тогда, будучи ещё младенцем, Радан уже был таким же весёлым и притягивающим, каким он оставался всю свою короткую жизнь...

И ещё... если бы и рисовали художники именно Иоанна на этих картинах, то как же тогда тот же самый Иоанн сумел бы так чудовищно постареть ко времени своей казни, свершённой по желанию капризницы Саломеи?.. Ведь по Библии это случилось ещё до распятия Христа, значит, Иоанну должно было быть в то время никак не более тридцати четырёх лет! Каким же образом из по-девичьи красивого, златокудрого юноши он превратился в старого и совсем уж несимпатичного еврея?!

– Значит Волхв Иоанн не погиб, Север? – обрадовано спросила я. – Или он погиб по-другому?.. – К сожалению, настоящему Иоанну и правда отрубили голову, Изидора, но это не произошло по злой воле капризной избалованной женщины. Причиной его гибели было предательство иудейского «друга», которому он доверял, и у которого в доме жил несколько лет...– Но как же он не почувствовал? Как не увидел, что это за «друг»?! – возмутилась я. – Наверное, невозможно подозревать каждого человека, Изидора... Думаю, им и так было достаточно сложно кому-то довериться, ведь им всем приходилось как-то приспосабливаться и жить в той чужой, незнакомой стране, не забывай этого. Потому, из большого и меньшего зла они, видимо, старались выбрать меньшее. Но предугадать всё невозможно, ты ведь сама прекрасно знаешь это, Изидора... Смерть Волхва Иоанна произошла уже после распятия Радомира. Его отравил иудей, в доме у которого Иоанн в то время жил вместе с семьёй погибшего Иисуса. В один из вечеров, когда весь дом уже почивал, хозяин, беседуя с Иоанном, преподнёс ему его любимый чай с примесью сильнейшего травяного яда... На следующее утро никто даже не сумел понять, что же такое случилось. По словам хозяина, Иоанн просто мгновенно уснул, и уже никогда не проснулся более... Его тело нашли утром в его окровавленном ложе с... отрубленной головой... По словам того же хозяина, иудеи очень боялись Иоанна, так как считали его непревзойдённым магом. И чтобы быть уверенными, что он никогда уже не воскреснет – они обезглавили его. Голову же Иоанна позже выкупили (!!!) у них и забрали с собою рыцари Храма, сумев сохранить её и привезти в Долину Магов, чтобы таким образом дать Иоанну хотя бы такое малое, но достойное и заслуженное почтение, не разрешая иудеям просто глумиться над ним, выполняя какие-нибудь свои магические ритуалы. С тех пор голова Иоанна была с ними всегда, где бы они ни находились. И за эту же голову через две сотни лет рыцарей Храма обвинили в преступном поклонении Дьяволу... Ты ведь помнишь последнее «дело Тамплиеров» (Рыцарей Храма), не так ли, Изидора? Именно там их обвинили в поклонении «говорящей голове», которая бесила всё церковное духовенство.

– Прости меня, Север, но почему Рыцари Храма не привезли голову Иоанна сюда, в Мэтэору? Ведь, насколько я понимаю, вы все очень любили его! И откуда тебе известны все эти подробности? Тебя ведь не было вместе с ними? Кто рассказал тебе всё это? – Рассказала нам всю эту печальную историю Ведунья Мария, мать Радана и Радомира... – А разве Мария вернулась к вам после казни Иисуса?!.. Ведь, насколько известно мне, она была с её сыном во время распятия. Когда же она вернулась к вам? Возможно ли, что она всё ещё жива?.. – затаив дыхание, спросила я. Мне так хотелось увидеть хотя бы кого-то из тех достойных, мужественных людей!.. Так хотелось «зарядиться» их выдержкой и силой в моей предстоящей последней борьбе!.. – Нет, Изидора. К сожалению, Мария умерла столетия назад. Она не пожелала жить долго, хотя могла. Думаю, её боль была слишком глубокой... Ушедшая к своим сыновьям в незнакомую, далёкую страну (ещё за много лет до их смерти), но так и не сумевшая уберечь ни одного из них, Мария не вернулась в Мэтэору, уйдя вместе с Магдалиной. Уйдя, как мы тогда думали, навсегда... Устав от горечи и потерь, уже после гибели любимой внучки и Магдалины, Мария решила оставить свою жестокую и немилосердную жизнь... Но перед тем, как «уйти» навсегда, она всё же пришла в Мэтэору, чтобы проститься. Чтобы поведать нам истинную историю гибели тех, кого мы все сильно любили...

А ещё, она вернулась для того, чтобы в последний раз увидеть Белого Волхва... Своего супруга и вернейшего друга, которого так и не смогла никогда забыть. В своём сердце она простила его. Но, к его великому сожалению, не смогла принести ему прощение Магдалины.... Так что, как видишь, Изидора, великая христианская басня о «всепрощении» это просто детская ложь для наивных верующих, чтобы разрешить им творить любое Зло, зная, что чего бы они ни сделали, в конечном итоге их простят. Но прощать можно лишь то, что по-настоящему достойно прощения. Человек должен понимать, что за любое свершённое Зло ему приходится отвечать... И не перед каким-то таинственным Богом, а перед собой, заставляя себя же жестоко страдать. Магдалина не простила Владыко, хотя глубоко уважала и искренне любила его. Так же, как она не сумела простить и всех нас за страшную смерть Радомира. Ведь именно ОНА лучше всех понимала – мы могли помочь ему, могли спасти его от жестокой смерти... Но не захотели. Считая вину Белого Волхва слишком жестокой, она оставила его жить с этой виной, ни на минуту не забывая её... Она не захотела даровать ему лёгкого прощения. Мы так больше никогда и не увидели её. Как никогда не увидели и их малышей. Через одного из рыцарей своего Храма – нашего волхва – Магдалина передала ответ Владыке на его просьбу вернуться к нам: «Солнце не восходит в один день дважды... Радость вашего мира (Радомир) уже никогда не вернётся к вам, как не вернусь к вам и я... Я нашла свою ВЕРУ и свою ПРАВДУ, они ЖИВЫЕ, ваша же – МЕРТВА... Оплакивайте своих сыновей – они вас любили. Я же никогда не прощу вам их смерти, пока жива. И пусть вина ваша остаётся с вами. Возможно, когда-нибудь она принесёт вам Свет и Прощение... Но не от меня». Голову же Волхва Иоанна не привезли в Мэтэору по той же самой причине – никто из рыцарей Храма не захотел возвращаться к нам... Мы потеряли их, как теряли не раз многих других, кто не хотел понять и принять наших жертв... Кто так же, как ты – ушли, осуждая нас.

o-ili-v.ru


Смотрите также