ТЯЖЕЛАЯ ВОДА. Тяжелая вода

ТЯЖЕЛАЯ ВОДА - это... Что такое ТЯЖЕЛАЯ ВОДА?

ТЯЖЕЛАЯ ВОДА, Н|0, D20, вода, образованная соединением с кислородом тяжелого изотопа (см.) водорода с атомным весом 2,0136 (символ Н2 или D—deuterium, в отличие от водорода с атомным весом 1,00756—Н1—protium). Н2, а затем и Т. в. были впервые открыты в 1932 г. Urey с сотрудниками. Т. в. содержится в виде постоянной примеси в обыкновенной воде (в водопроводной воде примерно 2 часть Т. в. на 6 500 ч. обыкновенной воды). При продолжительном электролизе обыкновенной воды наблюдается увеличение в ней содержания Т. в. На этом основан способ получения Т. в. (Lewis, Mc Donald). Т. в. можно также получить из На, отделенного от Н1 методом диффузии газообразного водорода (Herz). Увеличение содержания Н2 можно достигнуть также фракционированной перегонкой воды, дробной адсорпцией водорода на угле. 99,9%-ная Т. в. имеете замерзания +3,8°, t° кип. 101,42°. Упругость пара, диэлектрическая постоянная, поверхностное натяжение, полярность Т. в. ниже, чем у обыкновенной воды, скрытая теплота испарения, вязкость, плотность, рН(?)—выше. Темп, максимальной плотности -Ь11,6°. О физ. свойствах Т. в. по сравнению со свойствами обыкновенной воды—см. таблицу (Selwood и Frost). С повышением t° различия уменьшаются.— Свойства Обыкновенная вода Тяжелая вода 100%-пая (вычислено) Коэф. преломления пп . . Молекулярное преломле- ВПЗК0СТ1. >)21)........ Поверхностное ватшкевие о при 20° (дии/си).... 0,9982 1,33283 3,711 10,87 72,75 1,1056 1,3281 3,677 14.2 67,8 Тяжелая вода повидимому оказывает ядовитое действие на животные и растительные организмы, если применяется в больших концентрациях. Семена Nicotiana tabacum var. purpurea не прорастали в Т. в. (Lewis). Spirogyra, помещенная в Т. в., не движется, в ней не происходит разрыва нитей и деления клеток. По исследованиям ряда авторов 92%-ная Т. в. является ядовитой для пресноводных организмов: головастики (Rana clamitans) погибали через 1 час, рыба (Lebistes reticulatus) — через 2 часа, плоские черви (Planaria maculate) и простейшие (Paramaecium caudatum)—через 48 часов. Т. о. низшие животные как будто менее чувствительны к Т. в., чем высшие. Все упомянутые выше животные выживали в 30%-ной Т. в. Малые концентрации Т. в. повидимому в некоторых случаях могут не только не оказывать вредного действия на растительный организм, но даже влиять благоприятно. Так, Лё-кеман и Лейниг (Lakemann, Leunig) сообщают, что концентрации Т. в., не превышающие 0,54%, оказывают защищающее от дезинфицирующего действия азотнокислого серебра влияние на Bacterium coli и Bacillus pyocyaneus. Помимо Т. в. Н}0 возможно существование и Т. в. НгН10, а также и других соединений, содержащих Н2. Возможно, что механизм биол. действия Т. в. следует искать в ее влиянии на ферментативные процессы. Уже простые хим. реакции протекают в Т. в. иначе, чем в обычной: так, мутаротация глюкозы' замедляется в 3 раза, инверсия же сахарозы, напротив,—в 17s—2 раза ускоряется. Еще сильнее действие Т. в. на энзиматические катализы: брожение замедляется в 8 раз, дыхание также угнетается, но в меньшей степени. Т. в. инак-тивирует один из важных ферментов—ката-лазу; в связи с последним обстоятельством стоит повидимому и угнетающее действие Т. в. на ассимиляцию СОа водорослями. С другой стороны, в организмах отмечено преимущественное накопление Т. в. как в составе самой воды, содержащейся в тканях организма (исследовались весьма долголетние растения с энергичным водным обменом—напр. ивы), так и в воде, полученной путем сжигания органических веществ тканей. Это как будто указывает на способность организма задерживать в своих тканях тяжелый изотоп водорода. В то же время обычный диффузионный обмен при помещении рыб в воду с повышенным содержанием Т. в. ведет к быстрому установлению равновесия между организмом и средой. Повидимому причину различия в биологическом действии Т. в. по сравнению с обыкновенной водой надо искать в сильном уменьшении скорости всех физ.-хим. процессов в организме под влиял ием тяжелого изотопа водорода Н2 (G. N. Lewis). Лит.: Жуков, Тяжелая вода Н2Н20 и ее свойства, Л., 1934; Шорыгкв, Тяжелая вода, М., 1934.

Большая медицинская энциклопедия. 1970.

ТЮРКА КЛЕТКИ
УПРАЖНЯЕМОСТЬ

Смотреть что такое "ТЯЖЕЛАЯ ВОДА" в других словарях:

ТЯЖЕЛАЯ ВОДА — (оксид дейтерия, D2O), вода, в которой атомы водорода замещены ДЕЙТЕРИЕМ (изотоп ВОДОРОДА с ОТНОСИТЕЛЬНОЙ АТОМНОЙ МАССОЙ, примерно равной 2, в то время как у обычного водорода относительная атомная масса равна примерно 1). Встречается в малых… … Научно-технический энциклопедический словарь
Тяжелая вода — Heavy water оксид дейтерия, D2О вода, в которой атомы водорода замещены атомами дейтерия. Тяжелая вода используется как замедлитель в ядерных реакторах. В обычной воде на 5000 частей приходится примерно одна часть тяжелой воды. Термины атомной… … Термины атомной энергетики
тяжелая вода — Оксид дейтерия, D2О вода, в которой атомы водорода замещены атомами дейтерия. Тяжелая вода используется как замедлитель в ядерных реакторах. В обычной воде на 5000 частей приходится примерно одна часть тяжелой воды.… … Справочник технического переводчика
ТЯЖЕЛАЯ ВОДА — D2О, изотопная разновидность воды, в молекулах которой атомы водорода заменены атомами дейтерия. Плотность 1,104 г/см&sup3 (3,98 .С), tпл 3,813 .С, tкип 101,43 .С. Соотношение в природных водах Н:D в среднем 6900:1. На организмы действует… … Большой Энциклопедический словарь
ТЯЖЕЛАЯ ВОДА — см … Большая политехническая энциклопедия
тяжелая вода — Встречающаяся в природе изотопная разновидность воды, в состав которой вместо обычного водорода входит его тяжелый изотоп дейтерий … Словарь по географии
тяжелая вода — sunkusis vanduo statusas T sritis chemija formulė D₂O atitikmenys: angl. heavy water rus. тяжелая вода … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
тяжелая вода — sunkusis vanduo statusas T sritis apsauga nuo naikinimo priemonių apibrėžtis D₂o, vanduo, kuriame vietoje paprastų vandenilio atomų yra sunkieji vandenilio izotopai – deuterio atomai. Sunkiojo vandens tankis 1,104 g/cm³, lydymosi temperatūra… … Apsaugos nuo naikinimo priemonių enciklopedinis žodynas
тяжелая вода — sunkusis vanduo statusas T sritis Energetika apibrėžtis Vanduo, kurio molekulėje vietoje vandenilio H₂ yra dvigubai didesnės masės deuteris D₂. formulė D₂O atitikmenys: angl. heavy water vok. schweres Wasser, n rus. тяжелая вода, f pranc. eau… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Тяжелая вода — Тяжёлая вода Общая информация Другие названия оксид дейтерия Формула D2O Молярная масса 20,04 г/моль … Википедия

big_medicine.academic.ru

Тяжелая вода | khimie.ru

Тяжелая вода — это оксид тяжелого изотопа водорода (D) — дейтерия. По свойствам тяжелая вода D2O заметно отличается от обычной воды Н2О. Так D2O замерзает при 3,82 °С, кипит при 101,42 °С и при 20 ° С имеет плотность 1,1059 г/см3. В Н2О температура максимальной плотности составляет 4 °С, а в D2O — 11,6 °С. Интересно также, что скорости испарения тяжелой и обычной воды относятся как 0,65:1. Соли в тяжелой воде растворяются хуже, чем в обычной. Тяжелая вода — это оксид тяжелого изотопа водорода (D) — дейтерия. Рыбы и лягушки погибают в ней.Однако оказалось, что некоторые бактерии могут приспособиться и к тяжелой воды. Когда ученые поместили окрашенные бактерии в тяжелою воду, то за полтора года дейтерий полностью вытеснил из их организма обычный легкий водород. Пока бактерии «акклиматизировались» в новых условиях, процесс их размножения нарушился, некоторые из них стали «калеками». Однако позже бактерии нормально размножались, росли и хотя потеряли способность окрашиваться, зато выработали стойкий «иммунитет» к радиации. Дейтеровани бактерии спокойно выдерживали такие дозы радиации, при которых обычные бактерии сразу погибали.

Интересное явление наблюдали шведские ученые на пивоваренных заводах — пивоварнях. Оказывается, что после замачивания ячменя, из которого варят пиво, прорастающие зерна впитывают только легкую воду, а тяжелая вода накапливается в остатке воды.

Тяжелой воды на Земле мало — всего 0,02% от всей массы воды. Так, в обычной речной или морской воде на 5000 л Н2О приходится всего 1 л D2O.Современная техника и наука, а главное ядерная энергетика, требуют огромных количеств тяжелой воды, которая является прекрасным замедлителем нейтронов в ядерных реакторах и источником для добывания дейтерия.

Добыть дейтерий можно многократной перегонкой жидкого водорода в ректификационных колоннах, подобно тому, как разгоняют жидкий воздух или нефть на отдельные фракции.

Тяжелую воду можно добыть электролизом обычной воды. Дело в том, что в молекуле воды атом D связывается с атомом кислорода прочнее, чем атом Н, а в растворе, наоборот, — катион D+, а точнее D3O+, движется медленнее, чем Н+ (Н3O+). Поэтому при электролизе воды разлагается в основном Н2O, а D2O накапливается в остатке, который подвергают дальнейшему электролизу. Высококонцентрированные растворы D2O можно разделить фракционной перегонкой и добыть 100 % D2O. Специально разлагать воду током для добывания D2O не выгодно, потому что для выделения 1 кг тяжелой воды надо потратить около 60 000 квт-ч электроэнергии, т.е. столько, сколько нужно для выплавки 3000 кг алюминия.

В годы второй мировой войны фашистская Германия наладила промышленное производство тяжелой воды на территории оккупированной Норвегии. Тяжелую воду немцы хотели применить как замедлитель нейтронов в реакторах, имевших производить плутоний для ядерной бомбы. И норвежские патриоты вместе с английскими парашютистами «коммандос» проникли на завод, производивший тяжелую воду в Верморке (южная Норвегия), и взорвали цех концентрирования тяжелой воды. После этого начались регулярные бомбовые удары английской авиации, которые и вывели окончательно завод из строя. Тогда Гитлер приказал демонтировать завод и перевезти остатки оборудования, и весь запас тяжелой воды в Германию. И судно, которое было для этого предназначено, затонуло от взрыва мины, а вместе с ним и весь накопленный запас тяжелой воды — около 16 300 кг.Сейчас тяжелую воду выделяют а водных остатков в электролизерах при добыча водорода, кислорода, хлора, едкого натра подобное.В большом приключении стала тяжелая вода биологам. Так, человеку давали выпить разведенную тяжелую воду, а затем систематически определяли содержание дейтерия в моче. Установили, что молекула воды, попав к человеческому организму, находится в нем в среднем 14 дней.Кормя мышей дейтерованим жиром, обнаружили, что жир, который только что попал в организм, откладывается про запас, а расходуется жир с уже готового запаса.

Ваш отзыв

Вы должны войти, чтобы оставлять комментарии.

khimie.ru

Тяжёлая вода — Википедия

Общие Физические свойства Термические свойства Химические свойства Оптические свойства Классификация

Безопасность

Тяжёлая вода


Систематическоенаименование	оксид дейтерия
Традиционные названия	тяжёлая вода
Хим. формула	D2O
Состояние	жидкость
Молярная масса	20,04 г/моль
Плотность	1,1042 г/см³
Динамическая вязкость	0,00125 Па·с
Т. плав.	3,81 °C
Т. кип.	101,43 °C
Кр. давл.	21,86 МПа
Мол. теплоёмк.	84,3 Дж/(моль·К)
Уд. теплоёмк.	4,105 Дж/(кг·К)
Энтальпия образования	−294,6 кДж/моль
Энтальпия плавления	5,301 кДж/моль
Энтальпия кипения	45,4 кДж/моль
Давление пара	10 мм рт. ст. при 13,1 °C100 мм рт. ст. при 54 °C
Растворимость в воде	неограниченная
Растворимость в эфире	малорастворима
Растворимость в этаноле	неограниченная
Показатель преломления	1,32844 (при 20 °C)
Рег. номер CAS	7789-20-0
PubChem	24602
Рег. номер EINECS	232-148-9
SMILES
RTECS	ZC0230000
ChemSpider	23004
NFPA 704
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Тяжёлая вода́ — обычно этот термин применяется для обозначения тяжёловодородной воды, известной также как оксид дейтерия. Тяжёловодородная вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная вода, но вместо двух атомов обычного лёгкого изотопа водорода (протия) содержит два атома тяжёлого изотопа водорода — дейтерия, а её кислород по изотопному составу соответствует кислороду воздуха[1]. Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как D2O или 2h3O. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без вкуса и запаха. Она не радиоактивна.

История открытия[править]

Молекулы тяжёловодородной воды были впервые обнаружены в природной воде Гарольдом Юри в 1932 году, за что ученый был удостоен Нобелевской премии по химии в 1934 году. А уже в 1933 году Гилберт Льюис выделил чистую тяжёловодородную воду. При электролизе обычной воды, содержащей наряду с обычными молекулами воды незначительное количество молекул тяжёлой (D2O) и полутяжёлой (НОD) воды, образованных тяжёлым изотопом водорода, остаток постепенно обогащается молекулами этих соединений. Из такого остатка после многократного повторения электролиза Льюису в 1933 г. впервые удалось выделить небольшое количество воды, состоящей почти на 100 % из молекул соединения кислорода с дейтерием и получившей название тяжёлой. Этот способ производства тяжёлой воды остаётся основным и сейчас, хотя используется в основном на окончательной стадии обогащения от 5-10 % до >99 % (см. ниже).

После открытия в конце 1938 года деления ядер и осознания возможности использования цепных ядерных реакций деления, индуцированных нейтронами, возникла необходимость в нейтронном модераторе — веществе, позволяющем эффективно замедлять нейтроны, не теряя их в реакциях захвата. Наиболее эффективно нейтроны замедляются лёгкими ядрами, и самым эффективным замедлителем должны были бы быть ядра обычного водорода (протия), однако они обладают высоким сечением захвата нейтронов. Напротив, тяжёлый водород захватывает очень мало нейтронов (сечение захвата тепловых нейтронов у протия в более чем 100 тысяч раз выше, чем у дейтерия). Технически наиболее удобным соединением дейтерия является тяжёлая вода, причём она способна также служить теплоносителем, отводя выделяющееся тепло от области, где происходит цепная реакция деления. С самых ранних времён ядерной энергетики тяжёлая вода стала важным компонентом в некоторых реакторах, как энергетических, так и предназначенных для наработки изотопов плутония для ядерного оружия. Эти так называемые тяжеловодные реакторы имеют то преимущество, что могут работать на природном (необогащённом) уране без использования графитовых модераторов, которые на этапе вывода из эксплуатации могут представлять опасность взрыва пыли и содержат наведённую радиоактивность (углерод-14 и ряд других радионуклидов)[2]. Однако в большинстве современных реакторов используется обогащённый уран с нормальной «лёгкой водой» в качестве замедлителя, несмотря на частичную потерю замедленных нейтронов.

Производство тяжёлой воды в СССР[править]

Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону (СССР), возможно, нарушая при этом правило о взвешенности изложения.

Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов.

Промышленное производство и применение тяжёлой воды началось с развитием атомной энергетики. В СССР при организации Лаборатории № 3 АН СССР (современный ИТЭФ) перед руководителем проекта А. И. Алихановым была поставлена задача создания реактора на тяжёлой воде. Это обусловило потребность в тяжёлой воде, и техническим советом Специального комитета при СНК СССР был разработан проект Постановления СНК СССР «О строительстве полупромышленных установок по производству продукта 180», работы по созданию производительных установок тяжёлой воды в кратчайшие сроки были поручены руководителю атомного проекта Б. Л. Ванникову, народному комиссару химической промышленности М. Г. Первухину, представителю Госплана Н. А. Борисову, народному комиссару по делам строительства СССР С. З. Гинзбургу, народному комиссару машиностроения и приборостроения СССР П. И. Паршину и народному комиссару нефтяной промышленности СССР Н. К. Байбакову[3]. Главным консультантом в вопросах тяжёлой воды стал Начальник сектора Лаборатории № 2 АН СССР М. О. Корнфельд.

Сравнение свойств обычной и тяжёлой воды[править]

Сравнение свойств D2O, HDO и h3O[4] Параметр D2O HDO h3O

Температура плавления (°C)	3,82		0,00
Температура кипения (°C)	101,42	100,7	100,00
Плотность (г/см³, при 20 °C)	1,1056	1,054	0,9982
Температура максимальнойплотности (°C)	11,6		4,0
Вязкость (сантипуаз, при 20 °C)	1,25	1,1248	1,005
Поверхностное натяжение(дин·см, при 25 °C)	71,87	71,93	71,98
Молярное уменьшение объёма при плавлении(см³/моль)	1,567		1,634
Молярная теплота плавления (ккал/моль)	1,515		1,436
Молярная теплота парообразования (ккал/моль)	10,864	10,757	10,515
pH (при 25 °C)	7,41	7,266	7,00

Нахождение в природе[править]

В природных водах один атом дейтерия приходится на 6400…7600[5] атомов протия. Почти весь он находится в составе молекул полутяжёлой воды DHO, одна такая молекула приходится на 3200…3800 молекул лёгкой воды. Лишь очень незначительная часть атомов дейтерия формирует молекулы тяжёлой воды D2O, поскольку вероятность двух атомов дейтерия встретиться в составе одной молекулы в природе мала (примерно 0,5·10−7). При искусственном повышении концентрации дейтерия в воде эта вероятность растёт.

Биологическая роль и физиологическое воздействие[править]

Тяжёлая вода токсична лишь в слабой степени, химические реакции в её среде проходят несколько медленнее, по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных. Эксперименты над млекопитающими (мыши, крысы, собаки)[6] показали, что замещение 25 % водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, иногда необратимой[7][8]. Более высокие концентрации приводят к быстрой гибели животного; так, млекопитающие, которые пили тяжёлую воду в течение недели, погибли, когда половина воды в их теле была дейтерирована; рыбы и беспозвоночные погибают лишь при 90 % дейтерировании воды в теле[9]. Простейшие способны адаптироваться к 70 % раствору тяжёлой воды, а водоросли и бактерии способны жить даже в чистой тяжёлой воде[6][10][11][12][13]. Человек может без видимого вреда для здоровья выпить несколько стаканов тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. Таким образом, тяжёлая вода гораздо менее токсична, чем, например, поваренная соль. Тяжёлая вода использовалась для лечения артериальной гипертензии у людей в суточных дозах от 10 до 675 г D2O в день[14].

В человеческом организме содержится в качестве естественной примеси столько же дейтерия, сколько в 5 граммах тяжёлой воды; этот дейтерий в основном входит в молекулы полутяжёлой воды HDO, а также во все прочие биологические соединения, в которых есть водород.

Некоторые сведения[править]

Тяжёлая вода накапливается в остатке электролита при многократном электролизе воды. На открытом воздухе тяжёлая вода быстро поглощает пары обычной воды, поэтому можно сказать, что она гигроскопична. Производство тяжёлой воды очень энергоёмко, поэтому её стоимость довольно высока. В 1935 году, сразу после открытия тяжёлой воды, её цена составляла ориентировочно 19 долларов за грамм[15]). В настоящее время тяжёлая вода с содержанием дейтерия 99 ат.%, продаваемая поставщиками химических реактивов, при покупке 1 кг сто́ит около 1 евро за грамм[16], однако эта цена относится к продукту с контролируемым и гарантированным качеством химического реактива; при снижении требований к качеству цена может быть на порядок ниже.

Среди населения бытует миф о том, что при длительном кипячении природной воды концентрация тяжёлой воды в ней повышается, что якобы может вредно сказаться на здоровье[источник не указан 2497 дней]. В действительности же реальное повышение концентрации тяжёлой воды при кипячении ничтожно. Академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов как-то подсчитал, сколько воды должно испариться из чайника, чтобы в остатке заметно повысилось содержание дейтерия. Оказалось, что для получения 1 литра воды, в которой концентрация дейтерия равна 0,15 %, то есть всего в 10 раз превышает природную, в чайник надо долить в общей сложности 2,1·1030 тонн воды, что в 300 млн раз превышает массу Земли[17]. Гораздо сильнее сказывается на вкусе и свойствах воды при кипячении повышение концентрации растворённых солей, переход в раствор веществ из стенок посуды и термическое разложение органических примесей.

Стоимость производства тяжёлой воды определяется затратами энергии. Поэтому при обогащении тяжёлой воды применяют последовательно разные технологии — вначале пользуются технологиями с бо́льшими потерями тяжёлой воды, но более дешёвыми, а в конце — более энергозатратными, но с меньшими потерями тяжёлой воды.

С 1933 по 1946 годы единственным применявшимся методом обогащения был электролиз. В последующем появились технологии ректификации жидкого водорода и изотопного обмена в системах водород — жидкий аммиак, водород — вода и сероводород — вода. Современное массовое производство во входном потоке использует воду, дистиллированную из электролита цехов получения электролитического водорода, с содержанием 0,1—0,2 % тяжёлой воды.

На первой стадии концентрирования применяется двухтемпературная противоточная сероводородная технология изотопного обмена, выходная концентрация тяжёлой воды 5—10 %. На второй — каскадный электролиз раствора щёлочи при температуре около 0 °C, выходная концентрация тяжёлой воды 99,75—99,995 %.

Крупнейшим в мире производителем тяжёлой воды является Канада, что связано с применением в её энергетике тяжеловодных ядерных реакторов CANDU.

Важнейшим свойством тяжёловодородной воды является то, что она практически не поглощает нейтроны, поэтому используется в ядерных реакторах для замедления нейтронов и в качестве теплоносителя. Она используется также в качестве изотопного индикатора в химии, биологии и гидрологиифизиологии, агрохимии и др. (в том числе в опытах с живыми организмами и при диагностических исследованиях человека). В физике элементарных частиц тяжёлая вода используется для детектирования нейтрино; так, крупнейший детектор солнечных нейтрино SNO (Канада) содержит 1000 тонн тяжёлой воды.

Дейтерий — ядерное топливо для энергетики будущего, основанной на управляемом термоядерном синтезе. В первых энергетических реакторах такого типа предполагается осуществить реакцию D + T → 4He + n + 17,6 МэВ[18].

В некоторых странах (например, в Австралии) коммерческий оборот тяжёлой воды поставлен под государственные ограничения, что связано с теоретической возможностью её использования для создания «несанкционированных» реакторов на природном уране, пригодных для наработки оружейного плутония.

Другие виды тяжёлых вод[править]

Полутяжёлая вода[править]

Выделяют также полутяжёлую воду (известную также под названиями дейтериевая вода, монодейтериевая вода, гидроксид дейтерия), у которой только один атом водорода замещён дейтерием. Формулу такой воды записывают так: DHO или ²HHO. Следует отметить, что вода, имеющая формальный состав DHO, вследствие реакций изотопного обмена реально будет состоять из смеси молекул DHO, D2O и h3O (в пропорции примерно 2:1:1). Это замечание справедливо и для THO и TDO.

Сверхтяжёлая вода[править]

Сверхтяжёлая вода содержит тритий, период полураспада которого более 12 лет. По своим свойствам сверхтяжёлая вода (T2O) ещё заметнее отличается от обычной: кипит при 104 °C, замерзает при +9 °C и имеет плотность 1,21 г/см³.[19] Известны (то есть получены в виде более или менее чистых макроскопических образцов) все девять вариантов сверхтяжёлой воды: THO, TDO и T2O с каждым из трёх стабильных изотопов кислорода (16O, 17O и 18O). Иногда сверхтяжёлую воду называют просто тяжёлой водой, если это не может вызвать путаницы. Сверхтяжёлая вода имеет высокую радиотоксичность.

Тяжёлокислородные изотопные модификации воды[править]

Термин тяжёлая вода применяют также по отношению к тяжёлокислородной воде, у которой обычный лёгкий кислород 16O заменён одним из тяжёлых стабильных изотопов 17O или 18O. Тяжёлые изотопы кислорода существуют в природной смеси, поэтому в природной воде всегда есть примесь обеих тяжёлокислородных модификаций. Их физические свойства также несколько отличаются от свойств обычной воды; так, температура замерзания 1h318O составляет +0,28 °C[4].

Тяжёлокислородная вода, в частности, 1h318O, используется в ранней диагностике онкологических заболеваний[источник не указан 2956 дней].

Общее число изотопных модификаций воды[править]

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

Н216O − лёгкая вода, или просто вода
Н217O
Н218O − тяжёлокислородная вода
HD16O − полутяжёлая вода
HD17O
HD18O
D216O − тяжёлая вода
D217O
D218O

С учётом трития их число возрастает до 18:

T216O — сверхтяжелая вода
T217O
T218O
DT16O
DT17O
DT18O
HT16O
HT17O
HT18O

Таким образом, кроме обычной, наиболее распространённой в природе «лёгкой» воды 1h316O, в общей сложности существует 8 нерадиоактивных (стабильных) и 9 радиоактивных «тяжёлых вод».

Всего же общее число возможных «вод» с учётом всех известных изотопов водорода (7) и кислорода (17) формально равняется 476. Однако распад почти всех радиоактивных изотопов водорода и кислорода происходит за секунды или доли секунды (важным исключением является тритий, период полураспада которого более 12 лет). Например, все более тяжёлые, чем тритий, изотопы водорода живут порядка 10−20 с; за это время никакие химические связи просто не успевают образоваться, и, следовательно, молекул воды с такими изотопами не бывает. Радиоизотопы кислорода имеют периоды полураспада от нескольких десятков секунд до наносекунд. Поэтому макроскопические образцы воды с такими изотопами получить невозможно, хотя молекулы и микрообразцы могут быть получены. Интересно, что некоторые из этих короткоживущих радиоизотопных модификаций воды легче, чем обычная «лёгкая» вода (например, 1h315O).

↑ Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество // Химия и жизнь. — 1965. —. —.
↑ http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/ngwm-cd/PDF-Files/paper%2017%20%28Holt%29.pdf
↑ документа Протокол № 9 заседания Специального комитета при Совнаркоме СССР. Москва, Кремль 30 ноября 1945 года в Викитеке
↑ 4,04,1 Water properties
↑ Дейтерий / В кн.: Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — 623 с.
↑ 6,06,1 D. J. Kushner, Alison Baker, and T. G. Dunstall (1999). «Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds». Can. J. Physiol. Pharmacol. 77 (2): 79–88. DOI:10.1139/cjpp-77-2-79. PMID 10535697. Проверено 2012-10-17. “used in boron neutron capture therapy ... D2O is more toxic to malignant than normal animal cells ... Protozoa are able to withstand up to 70% D2O. Algae and bacteria can adapt to grow in 100% D2O”
↑ Лобышев В.Н, Калиниченко Л. П. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. — М.: Наука, 1978. — 215 с.
↑ Vertes A. Physiological effects of heavy water. Elements and isotopes: formation, transformation, distribution. — Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 2004. — 112 p.
↑ Trotsenko, Y. A., Khmelenina, V. N., Beschastny, A. P. (1995) The Ribulose Monophosphate (Quayle) Cycle: News and Views. Microbial Growth on C1 Compounds, in: Proceedings of the 8th International Symposium on Microbial Growth on C1 Compounds (Lindstrom M.E., Tabita F.R., eds.). San Diego (USA), Boston: Kluwer Academic Publishers, pp. 23-26
↑ Мосин, О. В., В. И. Швец, Складнев Д. А., И. Игнатов. Микробный синтез дейтерий-меченного L-фенилаланина факультативной метилотрофной бактерией Brevibacterium Methylicum на средах с различными концентрациями тяжелой воде// Биофармацевтический журнал. 2012. Т.4. № 1. С. 11-22.
↑ Мосин, О. В., Игнатов, И. Изотопные эффекты дейтерия в клетках бактерий и микроводорослей при росте на тяжелой воде (D2O) //Вода: химия и экология. 2012 № 3. С. 83-94.
↑ Crespi H.L. Fully deuterated microorganisms: tools in magnetic resonance and neutron scattering. Synthesis and Applications of Isotopically Labeled Compounds / in: Proceedings of an International Symposium. Baillie T, Jones J.R eds. Amsterdam: Elsevier. 1989. pp. 329—332.
↑ Mosin, O. V., I. Ignatov, I. (2013) Microbiological Synthesis of 2H-Labeled Phenylalanine, Alanine, Valine, and Leucine/Isoleucine with Different Degrees of Deuterium Enrichment by the Gram-Positive Facultative Methylotrophic Bacterium Вrevibacterium Methylicum, International Journal of BioMedicine, Vol. 3, N 2, pp. 132—138
↑ Патент США № 5 223 269 от 29 июня 1993. Method and composition for the treatment of hyoertension. Описание патента на сайте Ведомства по патентам и товарным знакам США.
↑ Pharmacologist drinks heavy water in experiment (англ.). Science News Staff (February 9, 1935). Проверено 7 сентября 2013.
↑ Deuterium oxide, 99 atom % D | D2O | Sigma-Aldrich
↑ Илья Леенсон. Тяжелая вода. Энциклопедия Кругосвет. Проверено 7 сентября 2013.
↑ Андреев Б. М., Зельвенский Я. Д., Катальников С. Г., Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике, М., 1987.
↑ Тритий // Химическая энциклопедия Т.5 — Москва — Научное издательство «Большая Российская энциклопедия» — 1998

www.wikiznanie.ru

Тяжёлая Вода — Википедия

ОбщиеСистематическоенаименованиеТрадиционные названияХим. формулаФизические свойстваСостояниеМолярная массаПлотностьДинамическая вязкостьТермические свойстваТ. плав.Т. кип.Кр. давл.Мол. теплоёмк.Уд. теплоёмк.Энтальпия образованияЭнтальпия плавленияЭнтальпия кипенияДавление параХимические свойстваРастворимость в водеРастворимость в эфиреРастворимость в этанолеОптические свойстваПоказатель преломленияКлассификацияРег. номер CASPubChemРег. номер EINECSSMILESInChIRTECSChEBIChemSpiderБезопасностьNFPA 704

Тяжёлая вода


оксид дейтерия
тяжёлая вода
D2O
жидкость
20,04 г/моль
1,1042 г/см³
0,00125 Па·с
3,81 °C
101,43 °C
21,86 МПа
84,3 Дж/(моль·К)
4,105 Дж/(кг·К)
−294,6 кДж/моль
5,301 кДж/моль
45,4 кДж/моль
10 мм рт. ст. при 13,1 °C100 мм рт. ст. при 54 °C
неограниченная
малорастворима
неограниченная
1,32844 (при 20 °C)
7789-20-0
24602
232-148-9


ZC0230000
41981
23004

Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Тяжёлая вода́ — обычно этот термин применяется для обозначения тяжёловодородной воды, известной также как оксид дейтерия. Тяжёловодородная вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная вода, но вместо двух атомов обычного лёгкого изотопа водорода (протия) содержит два атома тяжёлого изотопа водорода — дейтерия, а её кислород по изотопному составу соответствует кислороду воздуха. Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как D2O или 2h3O. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без вкуса и запаха. Она не радиоактивна.

История открытия

После открытия в конце 1938 года деления ядер и осознания возможности использования цепных ядерных реакций деления, индуцированных нейтронами, возникла необходимость в замедлителе нейтронов — веществе, позволяющем эффективно замедлять нейтроны, не теряя их в реакциях захвата. Наиболее эффективно нейтроны замедляются лёгкими ядрами, и самым эффективным замедлителем должны были бы быть ядра обычного водорода (протия), однако они обладают высоким сечением захвата нейтронов. Напротив, тяжёлый водород захватывает очень мало нейтронов (сечение захвата тепловых нейтронов у протия в более чем 100 тысяч раз выше, чем у дейтерия). Технически наиболее удобным соединением дейтерия является тяжёлая вода, причём она способна также служить теплоносителем, отводя выделяющееся тепло от области, где происходит цепная реакция деления. С самых ранних времён ядерной энергетики тяжёлая вода стала важным компонентом в некоторых реакторах, как энергетических, так и предназначенных для наработки изотопов плутония для ядерного оружия. Эти так называемые тяжеловодные реакторы имеют то преимущество, что могут работать на природном (необогащённом) уране без использования графитовых замедлителей, которые на этапе вывода из эксплуатации могут представлять опасность взрыва пыли и содержат наведённую радиоактивность (углерод-14 и ряд других радионуклидов). Однако в большинстве современных реакторов используется обогащённый уран с нормальной «лёгкой водой» в качестве замедлителя, несмотря на частичную потерю замедленных нейтронов.

Производство тяжёлой воды в СССР

Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов.

Промышленное производство и применение тяжёлой воды началось с развитием атомной энергетики. В СССР при организации Лаборатории № 3 АН СССР (современный ИТЭФ) перед руководителем проекта А. И. Алихановым была поставлена задача создания реактора на тяжёлой воде. Это обусловило потребность в тяжёлой воде, и техническим советом Специального комитета при СНК СССР был разработан проект Постановления СНК СССР «О строительстве полупромышленных установок по производству продукта 180», работы по созданию производительных установок тяжёлой воды в кратчайшие сроки были поручены руководителю атомного проекта Б. Л. Ванникову, народному комиссару химической промышленности М. Г. Первухину, представителю Госплана Н. А. Борисову, народному комиссару по делам строительства СССР С. З. Гинзбургу, народному комиссару машиностроения и приборостроения СССР П. И. Паршину и народному комиссару нефтяной промышленности СССР Н. К. Байбакову. Главным консультантом в вопросах тяжёлой воды стал Начальник сектора Лаборатории № 2 АН СССР М. И. Корнфельд.

Свойства

Сравнение свойств обычной и тяжёлой воды

Сравнение свойств D2O, HDO и h3O Параметр D2O HDO h3O

Температура плавления (°C)	3,82		0,00
Температура кипения (°C)	101,42	100,7	100,00
Плотность (г/см³, при 20 °C)	1,1056	1,054	0,9982
Температура максимальнойплотности (°C)	11,6		4,0
Вязкость (сантипуаз, при 20 °C)	1,25	1,1248	1,005
Поверхностное натяжение(дин·см, при 25 °C)	71,87	71,93	71,98
Молярное уменьшение объёма при плавлении(см³/моль)	1,567		1,634
Молярная теплота плавления (ккал/моль)	1,515		1,436
Молярная теплота парообразования (ккал/моль)	10,864	10,757	10,515
pH (при 25 °C)	7,41	7,266	7,00

Нахождение в природе

В природных водах один атом дейтерия приходится на 6400…7600 атомов протия. Почти весь он находится в составе молекул DHO, одна такая молекула приходится на 3200…3800 молекул лёгкой воды. Лишь очень незначительная часть атомов дейтерия формирует молекулы тяжёлой воды D2O, поскольку вероятность двух атомов дейтерия встретиться в составе одной молекулы в природе мала (примерно 0,5·10−7). При искусственном повышении концентрации дейтерия в воде эта вероятность растёт.

Биологическая роль и физиологическое воздействие

Тяжёлая вода токсична лишь в слабой степени, химические реакции в её среде проходят несколько медленнее по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных. Эксперименты над млекопитающими (мыши, крысы, собаки) показали, что замещение 25 % водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, иногда необратимой. Более высокие концентрации приводят к быстрой гибели животного; так, млекопитающие, которые пили тяжёлую воду в течение недели, погибли, когда половина воды в их теле была дейтерирована; рыбы и беспозвоночные погибают лишь при 90 % дейтерировании воды в теле. Простейшие способны адаптироваться к 70 % раствору тяжёлой воды, а водоросли и бактерии способны жить даже в чистой тяжёлой воде. Человек может без видимого вреда для здоровья выпить несколько стаканов тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней.

Таким образом, тяжёлая вода гораздо менее токсична, чем, например, поваренная соль. Тяжёлая вода использовалась для лечения артериальной гипертензии у людей в суточных дозах от 10 до 675 г D2O в день.

Некоторые сведения

Тяжёлая вода накапливается в остатке электролита при многократном электролизе воды. На открытом воздухе тяжёлая вода быстро поглощает пары обычной воды, поэтому можно сказать, что она гигроскопична. Производство тяжёлой воды очень энергоёмко, поэтому её стоимость довольно высока. В 1935 году, сразу после открытия тяжёлой воды, её цена составляла ориентировочно 19 долларов за грамм). В настоящее время тяжёлая вода с содержанием дейтерия 99 ат.%, продаваемая поставщиками химических реактивов, при покупке 1 кг сто́ит около 1 евро за грамм, однако эта цена относится к продукту с контролируемым и гарантированным качеством химического реактива; при снижении требований к качеству цена может быть на порядок ниже.

Среди населения бытует миф о том, что при длительном кипячении природной воды концентрация тяжёлой воды в ней повышается, что якобы может вредно сказаться на здоровье[источник не указан 2497 дней]. В действительности же реальное повышение концентрации тяжёлой воды при кипячении ничтожно. Академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов как-то подсчитал, сколько воды должно испариться из чайника, чтобы в остатке заметно повысилось содержание дейтерия. Оказалось, что для получения 1 литра воды, в которой концентрация дейтерия равна 0,15 %, то есть всего в 10 раз превышает природную, в чайник надо долить в общей сложности 2,1·1030 тонн воды, что в 300 млн раз превышает массу Земли. Гораздо сильнее сказывается на вкусе и свойствах воды при кипячении повышение концентрации растворённых солей, переход в раствор веществ из стенок посуды и термическое разложение органических примесей.

Получение

Применение

Важнейшим свойством тяжёловодородной воды является то, что она практически не поглощает нейтроны, поэтому используется в ядерных реакторах для замедления нейтронов и в качестве теплоносителя. Она используется также в качестве изотопного индикатора в химии, биологии и гидрологии, агрохимии и др. (в том числе в опытах с живыми организмами и при диагностических исследованиях человека). В физике элементарных частиц тяжёлая вода используется для детектирования нейтрино; так, крупнейший детектор солнечных нейтрино SNO (Канада) содержит 1000 тонн тяжёлой воды.

Другие виды тяжёлых вод

Полутяжёлая вода

Сверхтяжёлая вода

Сверхтяжёлая вода содержит тритий, период полураспада которого более 12 лет. По своим свойствам сверхтяжёлая вода (T2O) ещё заметнее отличается от обычной: кипит при 104 °C, замерзает при +9 °C и имеет плотность 1,21 г/см³. Известны (то есть получены в виде более или менее чистых макроскопических образцов) все девять вариантов сверхтяжёлой воды: THO, TDO и T2O с каждым из трёх стабильных изотопов кислорода (16O, 17O и 18O). Иногда сверхтяжёлую воду называют просто тяжёлой водой, если это не может вызвать путаницы. Сверхтяжёлая вода имеет высокую радиотоксичность.

Тяжёлокислородные изотопные модификации воды

Тяжёлокислородная вода, в частности, 1h318O, используется в диагностике онкологических заболеваний (из неё на циклотроне получают изотоп фтор-18, который используют для синтеза препаратов для диагностики онкозаболеваний, в частности 18-фдг).

Общее число изотопных модификаций воды

Н216O − лёгкая вода, или просто вода
Н217O
Н218O − тяжёлокислородная вода
HD16O − полутяжёлая вода
HD17O
HD18O
D216O − тяжёлая вода
D217O
D218O

С учётом трития их число возрастает до 18:

T216O — сверхтяжелая вода
T217O
T218O
DT16O
DT17O
DT18O
HT16O
HT17O
HT18O

См. также

Примечания

Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество // Химия и жизнь. — 1965. — № 3. — С. 2—14.
http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/ngwm-cd/PDF-Files/paper%2017%20%28Holt%29.pdf
документа Протокол № 9 заседания Специального комитета при Совнаркоме СССР. Москва, Кремль 30 ноября 1945 года в Викитеке
↑ Water properties
Дейтерий / В кн.: Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — 623 с.
↑ D. J. Kushner, Alison Baker, and T. G. Dunstall (1999). «Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds». Can. J. Physiol. Pharmacol. 77 (2): 79–88. DOI:10.1139/cjpp-77-2-79. PMID 10535697. Проверено 2012-10-17. “used in boron neutron capture therapy ... D2O is more toxic to malignant than normal animal cells ... Protozoa are able to withstand up to 70% D2O. Algae and bacteria can adapt to grow in 100% D2O”
Лобышев В.Н, Калиниченко Л. П. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. — М.: Наука, 1978. — 215 с.
Vertes A. Physiological effects of heavy water. Elements and isotopes: formation, transformation, distribution. — Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 2004. — 112 p.
Trotsenko, Y. A., Khmelenina, V. N., Beschastny, A. P. (1995) The Ribulose Monophosphate (Quayle) Cycle: News and Views. Microbial Growth on C1 Compounds, in: Proceedings of the 8th International Symposium on Microbial Growth on C1 Compounds (Lindstrom M.E., Tabita F.R., eds.). San Diego (USA), Boston: Kluwer Academic Publishers, pp. 23-26
Мосин, О. В., В. И. Швец, Складнев Д. А., И. Игнатов. Микробный синтез дейтерий-меченного L-фенилаланина факультативной метилотрофной бактерией Brevibacterium Methylicum на средах с различными концентрациями тяжелой воде// Биофармацевтический журнал. 2012. Т.4. № 1. С. 11-22.
Мосин, О. В., Игнатов, И. Изотопные эффекты дейтерия в клетках бактерий и микроводорослей при росте на тяжелой воде (D2O) //Вода: химия и экология. 2012 № 3. С. 83-94.
Crespi H.L. Fully deuterated microorganisms: tools in magnetic resonance and neutron scattering. Synthesis and Applications of Isotopically Labeled Compounds / in: Proceedings of an International Symposium. Baillie T, Jones J.R eds. Amsterdam: Elsevier. 1989. pp. 329—332.
Mosin, O. V., I. Ignatov, I. (2013) Microbiological Synthesis of 2H-Labeled Phenylalanine, Alanine, Valine, and Leucine/Isoleucine with Different Degrees of Deuterium Enrichment by the Gram-Positive Facultative Methylotrophic Bacterium Вrevibacterium Methylicum, International Journal of BioMedicine, Vol. 3, N 2, pp. 132—138
Патент США № 5 223 269 от 29 июня 1993. Method and composition for the treatment of hyoertension. Описание патента на сайте Ведомства по патентам и товарным знакам США.
Pharmacologist drinks heavy water in experiment (англ.). Science News Staff (February 9, 1935). Проверено 7 сентября 2013.
Deuterium oxide, 99 atom % D | D2O | Sigma-Aldrich
Илья Леенсон. Тяжелая вода. Энциклопедия Кругосвет. Проверено 7 сентября 2013.
Андреев Б. М., Зельвенский Я. Д., Катальников С. Г., Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике, М., 1987.
Тритий // Химическая энциклопедия Т.5 — Москва — Научное издательство «Большая Российская энциклопедия» — 1998