Меню

Что такое тяжелая вода физика

Тяжёлая вода — ее свойства, жизнь и энергия будущего

Тяжелая вода была открыта в 1932 году известным ученым Гарольдом Юри. Тяжёлая вода — кратко о главном …

Тяжёлая вода — оксид дейтерия …

Тяжёлая вода имеет ещё одно название — оксид дейтерия.

Многие из нас слышали про существование «тяжёлой воды», но мало кто знает, почему она называется тяжелой.

«Тяжелая вода» действительно является «тяжелой» по отношению к обычной воде, поскольку содержит вместо «легкого водорода» 1 H тяжелый изотоп 2 H или дейтерий (D), вследствие чего ее удельная масса на 10% больше чем у обычной. Химическая формула тяжелой воды — D2O или 2 H2O (2H2O).

«Тяжёлую воду» содержат практически все природные источники воды. Обычная вода, как правило, содержит приблизительно один атом дейтерия на каждые 6 760 обычных атомов водорода.

Тяжёлая вода — это …

Предлагаем обратиться к первоисточникам и ознакомиться с точными формулировками «тяжелой воды», данными в словарях и справочниках.

Термины атомной энергетики

Тяжелая вода (Heavy water) оксид дейтерия, D2О — по сравнению с обычной имеет значительно лучшие ядерно-физические свойства. Она почти не поглощает тепловых нейтронов, поэтому является лучшим замедлителем. Применение тяжелой воды в качестве замедлителя позволяет использовать в качестве топлива природный уран; уменьшается первоначальная загрузка топлива и ежегодное его потребление. Однако стоимость тяжелой воды очень высока.

Термины атомной энергетики. — Концерн Росэнергоатом, 2010

Большой Энциклопедический словарь

ТЯЖЕЛАЯ вода — D2О, изотопная разновидность воды, в молекулах которой атомы водорода заменены атомами дейтерия. Плотность 1,104 г/см³ (3,98 .С), tпл 3,813 .С, tкип 101,43 .С. Соотношение в природных водах Н:D в среднем 6900:1. На организмы действует угнетающе, в больших дозах вызывает их гибель. Замедлитель нейтронов и теплоноситель в ядерных реакторах, изотопный индикатор, растворитель; используется для получения дейтерия. Существуют также сверхтяжелая вода Т2О (Т — тритий) и тяжелокислородная вода, молекулы которой вместо атомов 16О содержат атомы 17О и 18О.

Большой Энциклопедический словарь. 2000

Научно-технический энциклопедический словарь

ТЯЖЕЛАЯ ВОДА (оксид дейтерия, D2O), вода, в которой атомы водорода замещены ДЕЙТЕРИЕМ (изотоп ВОДОРОДА с ОТНОСИТЕЛЬНОЙ АТОМНОЙ МАССОЙ, примерно равной 2, в то время как у обычного водорода относительная атомная масса равна примерно 1. Встречается в малых концентрациях в воде, из которой ее получают ЭЛЕКТРОЛИЗОМ. Тяжелая вода используется как ЗАМЕДЛИТЕЛЬ в некоторых АТОМНЫХ РЕАКТОРАХ.

Научно-технический энциклопедический словарь

Свойства тяжёлой воды

Свойства «тяжелой воды» во многом отличаются от свойств обычной H2O.

Формула тяжелой воды — D2O .

Молярная масса — 20,02 г / моль .

Плотность тяжёлой воды — 1,107 г / мл .

Дипольный момент — 1,87 D .

Температура плавления — 3,82 о С .

Точка кипения тяжёлой воды — 101,4 о С .

Цвет тяжёлой воды — бесцветная.

Запах тяжелой воды — не имеет ни запаха.

Плотность тяжёлой воды — плотность D2O примерно на 11% больше, чем плотность H2O.

Вязкость тяжелой воды — на 20% выше вязкости обычной воды;

Растворимость D2O — мало растворима в диэтиловом эфире, смешивается с этанолом.

Читайте также:  Как вода помогает при худении

Плотность (ρ) оксида дейтерия — 1,1042 г/см3 при температуре 25°C.

Давление паров — 10 мм.рт.ст при температуре 13.1°C, и 100 мм.рт.ст. при температуре 54°C.

Показатель преломления (σ) — 1,32844 при температуре 20°C.

Стандартная энтальпия образования ΔH — 294,6 кДж/моль (ж) (при 298 К).

Стандартная энергия Гиббса G — 243,48 кДж/моль (ж) (при 298 К);

Стандартная энтропия образования S — 75,9 Дж/моль•K (ж) (при 298 К);

Стандартная мольная теплоёмкость Cp — 84,3 Дж/моль•K (жг) (при 298 К);

Энтальпия плавления ΔHпл — 5,301 кДж/моль;

Энтальпия кипения ΔHкип — 45,4 кДж/моль;

Критическое давление — 31,86 Мпа;

Критическая плотность — 0,363 г/см 3 . [1]

Где применяется оксид дейтерия

Интересным является тот факт, что ученые, открывшие тяжелую воду, отнеслись к ней как к научному казусу и не увидели больших возможностей в ее применении, впрочем, следует заметить, что такая ситуация, с научными открытиями, не является одиночной. И лишь спустя некоторое время, совершенно другими исследователями, был открыт ее научный и промышленный потенциал.

«Тяжелая вода» применяется:

  • В ядерных технологиях;
  • В ядерных реакторах, для торможения нейтронов и в качестве теплоносителя;
  • В качестве изотопного индикатора в химии, физике, биологии и гидрологии;
  • Как детектор некоторых элементарных частиц;
  • Вполне вероятно, что в ближайшем будущем «тяжелая вода» станет новым источником Энергии — изучается возможность использования дейтерия (D или 2H) как топлива для управляемого термоядерного синтеза.

В продолжение темы, важно отметить, что существуют также и другие виды тяжелой воды — Полутяжелая вода, Сверхтяжелая и Тяжёлокислородные изотопные модификации воды, с которыми вы можете ознакомиться самостоятельно или в следующих наших публикациях.

Тяжёлая вода и наша жизнь

Тяжёлая, в отличие от H2O, угнетает все живое. Поэтому её часто называют – Мертвой водой. Она, как минимум, замедляет все биологические процессы. В том числе, замедляется или прекращается вообще размножение микробов и бактерий.

Как мы уже отмечали выше, «тяжелая вода» содержится во всех обычных водах – в реках, морях, озерах, в грунтовых водах, атмосферных осадках … Т. е. человек вольно или невольно постоянно соприкасается с D2O. Интересно отметить, что например, дождь содержит тяжелой воды заметно больше чем снег.

Некоторые исследователи полагают, что употребление избыточного количества «тяжелой воды» способствует старению, а регулярное превышение нормы приводит к тяжелым заболеваниям. Поэтому контроль уровня «тяжелых вод» является жизненно важным. Необходимо знать, что механические фильтры не очищают воду от «тяжелой воды».

Это особо важно учитывать при использовании фильтров обратного осмоса и в первую очередь при опреснении морской воды. Поскольку уровень «тяжелой воды» в морской воде, как правило, превышает норму. Известны случаи, когда целые регионы стали жертвами «незнания» этого факта. Люди, проживавшие в этих регионах, регулярно использовали опресненную методом обратного осмоса морскую воду, вследствие чего многие из них заболели тяжелыми болезнями.

Один из методов уменьшения концентрации тяжелой воды в питьевой воде, мы рассматривали в статье Талая вода, приготовление в домашних условиях.

Читайте также:  Ванна с водой пнг

Выводы

Понимая, что в природе нет ничего лишнего, можем утверждать, что тяжелая вода требует от нас особого адекватного отношения, внимания и дальнейшего изучения. Ее потенциал, как говорится, «налицо» и вероятно будет реализован в будущем и возможно в ближайшем.

Источники

[1] По материалам — О. В. Мосин «Все о дейтерии и тяжелой воде».

Источник

Чем дейтериевая вода отличается от обычной?

Формулу воды(H2O) знают даже те, кто почти не учил в школе химию, а вот про ее тяжелую разновидность слышал далеко не каждый. В привычной для нас жидкости содержится 2 атома водорода и 1 кислорода. В типичном состоянии водород содержит только один протон, но также существуют атомы, в которых находится 2 или 3 ядра, их считают изотопами. Химические свойства элемента настолько близки к атому обычного водорода, что он образует такие же молекулы. Поэтому вместо привычной легкой воды существует еще и дейтерия, которая значительно отличается от нее.

Физические свойства

По некоторым параметрам D2O (дейтериевая вода) схожа с обычной жидкостью, но в остальных параметрах они кардинально отличаются. Рассмотрим основные из них:

  • Цвет. Тяжелая и легкая вода не отличаются по этому параметру. Во всех состояниях D2O остается прозрачной. Поэтому ее легко перепутать с питьевой жидкостью, особенно если ее налить в кружку или графин. Отличия заметны только по вкусу, в ней как будто присутствует сахар. Изменение цвета у сверхтяжелой воды происходит только при наличии примесей.
  • Запах. Вода в сточных водах и D2O не отличаются и по этому критерию. Гнилось, хлористость и другие посторонние примеси говорят о проблемах резервуара, но не о качестве жидкости.
  • Температура кипения. У легкой воды этот процесс запускается при 100 °C, а у тяжелой — 101,7 °C. Такие же небольшие отличия есть еще по температуре кристаллизации, разница составляет 3,82 ед.
  • Молекулярная масса. При рассмотрении того, какая вода тяжелее, получается, что D2O весит больше, но тоже лишь на 2 ед. Благодаря этому меняется скорость обменных процессов.
  • Растворимость. Сверхтяжелая вода быстро перемешивается с этанолом, но соль размешать в ней уже труднее, поэтому для бытовых нужд она не подходит.

Как ее получают?

70 лет назад жидкость добывали только во время электролиза, но по мере развития технологий появился ректификационный водород и изотопный обмен в разных модификациях.

Сейчас на производстве используют метод, во время которого используют жидкость из электролитических цехов. Так появляется водород, а жидкость при этом содержит около 0,2% тяжелой воды. В результате изотопного обмена концентрация повышается до 10%. После этого начинается ступенчатый электролиз с щелочью, там показатель увеличивается до 99%.

Стоимость полученного раствора определяют в зависимости от его чистоты. Дома получить такую жидкость без специального оборудования не удастся.

Где используют?

Когда ученые только обнаружили тяжелую воду и выявили ее основные свойства, они не могли найти применение этому веществу. Оксид дейтерия не использовался 5 лет, после стал очевиден процесс деления ядер, поэтому для жидкости нашли промышленное применение.

Читайте также:  Полезно ли мыть волосы кипяченой водой

Ядерные технологии

Сейчас мнения физиков раздваиваются, поскольку некоторые ученые видят настолько большой потенциал у тяжелой воды, что называют ее топливом будущего. Она уже используется для регулирования термоядерного синтеза, правда вносит в этот процесс свои коррективы.

Из-за высокой перспективности некоторые государства даже контролируют коммерческий оборот и устанавливают свои нормативы. Такие меры оправданы, поскольку иначе возникнет риск создания неконтролируемых установок, которые работают на природном уране.

Лаборатория, медицина

Оксид дейтерия используется во всех отраслях, где становится актуален. В медицине его адаптировали для предотвращения быстрого размножения микроорганизмов, биологи тоже активно пользуются этим свойством. Сейчас тяжелая вода используется еще и в качестве растворителя или индикатора при выполнении анализов.

Полностью влияние D2O на живые организмы все еще не изучено. Некоторые считают, что она действует почти также, как тяжелые металлы в воде. Ученые провели серию экспериментов и обнаружили неоднозначные результаты, которые менялись в зависимости от концентрации тяжелой воды в обычной жидкости:

  • 20% — домашний скот активно растет и набирает мышечную массу, а куры больше несутся;
  • 50% — живые организмы быстрее развиваются, у них наступает раннее половое созревание;
  • 70% — наступает преждевременное старение, ухудшается обмен веществ, появляются опухоли, некоторые органы отказывают.

Ядерные реакторы

Благодаря своим физическим свойствам жидкость способна замедлить нейроны, которые регулируют синтез. Тяжелая вода избавляет от необходимости установки нефритовых стержней, которые опасны из-за радиоактивности и угрозы взрыва. В реакторах элемент используют еще в качестве носителя, который отводит тепло из зоны с цепной реакцией.

Влияние на людей

D2O содержится в атмосфере тысячелетиями, поэтому в небольших количествах она попадает в питьевую воду. В таком виде жидкость не опасна. Проводить эксперименты с повышением ее концентрации не рекомендуется, поскольку даже во время экспериментов с животными еще не удалось достичь стабильного результата.

Иногда люди сравнивают металлы в сточных водах и D2O, но даже по физическим свойствам они отличаются. Тяжелая вода почти не проходит через клеточные мембраны, из-за этого организм быстро угнетается, замедляются химические реакции.

Несколько стаканов высококонцентрированной тяжелой воды не навредят здоровью и самочувствию. Некоторые врачи используют ее для лечения гипертонии. Однако, к этому процессу подходят с осторожностью, поскольку есть высокий риск развития побочных эффектов.

Тяжелые металлы в воде

Некоторые путают жесткую и тяжелую воду, хотя это два совершенно разных понятия. В первом случае подразумевается наличие тяжелых металлов, среди которых железо, марганец, свинец, медь и ртуть.

Очистка воды от тяжелых металлов происходит через фильтры. Методом обратного осмоса или сорбции из жидкости удаляют нежелательные элементы. С тяжелой водой такого сделать не получится. Ни одно очистительное сооружение не справится с этим, поскольку между частицами дейтерия и протия нет существенной разницы.

Тяжелая вода содержится в организме каждого человека и регулярно попадает в питьевую воду. Она широко используется в промышленной отрасли и считается перспективным топливом, но все ее свойства и влияние на живые организмы до конца остаются не изучены.

Источник

Adblock
detector