Во все времена принято было считать, что вода – это один из самых главных источников жизни на Земле, и это не без основательно. Человек больше, чем наполовину состоит из воды, и она же стала колыбелью зарождения жизни первых млекопитающих. Но мало кому известно, что есть и другая сторона старой-доброй воды.
ИЗОТОПЫ
Чтобы понять, что же это такое «тяжелая вода», для начала нужно разобраться в теории изотропных разновидностей веществ.
Необычные свойства этой воды напрямую связаны с изотропными модификациями водорода. Изотопы водорода - атомы или ядра водорода, имеющие в своём составе разное количество нейтронов. На сегодняшний день открыто 7 изотопов водорода.
Из этого простого факта следует, что в природе существует несколько видов воды:
1. Самая привычная нам вода, которую люди употребляют каждый день, - протиевая (H2O). Состоит из самого распространённого изотопа - протия 1Н (99,984%)
2. Тяжелая вода - дейтериевая (D2O), состоящая из изотопа дейтерия 2Н, несмотря на малую распространенность в природе, нашла своё применение в спектральном ядерном магнитном резонансе.
3. Сверхтяжёлая или Тритиевая вода (Т2О), которая в природе практически не встречается.
Так же воду можно различать и по изотропным модификациям кислорода. Всего же открыто 18 таких разновидностей.
СВОЙСТВА
Тяжелая вода имеет значительные различия в физических свойствах по отношению к обычной воде. Эти различия приведены в таблице.
В связи с этим реакции с тяжелой водой протекают медленнее и константа диссоциации меньше обычной.
Учеными доказано, что тяжелая вода подавляет все живое, замедляя биологические процессы живых организмов. Растения, при поливе такой водой, погибают; микроорганизмы тоже не способны приспособиться к ней и гибнут.
Она даже способна вылечить рак! И это не кликбейт, проводились эксперименты на лабораторных мышах, и опухоль действительно умирала, но, к сожалению, вместе с мышью.
Для человека жесткая вода не является столь опасной. Можно выпить стакан такой воды и ничего плохого не станет, весь дейтерий выведется из организма через несколько дней.
Гуляет по миру такой миф, что дейтерий накапливается при кипячении воды в чайнике, что в последствии губит здоровье. Отчасти это правда, но количество дейтерия настолько мало, что вреда организму это не наносит.
ПОЛУЧЕНИЕ
Производство тяжелой воды очень дорогостоящий процесс из-за высоких затрат энергии. Поэтому при обогащении тяжёлой воды применяют последовательно разные технологии — вначале пользуются более дешёвыми технологиями, с бо́льшими потерями тяжёлой воды, а в конце — более энергозатратными, но с меньшими потерями тяжёлой воды.
В 30-ых-40-вых годах электролиз был единственным способом получения жесткой воды. В последствии появились другие технологии:
1. Технологии ректификации жидкого водорода и изотопного обмена в системах: водород — жидкий аммиак, водород — вода, сероводород — вода.
2. Ректификация водородосодержащих соединений – основан на том, что при достаточной разности упругости паров водородного и дейтериевого соединений возможна их разгонка.
3. Химический изотопный обмен
Канада - лидер по производству тяжелой воды, это связано с активным ее применением в энергетике тяжеловодных ядерных реакторов CANDU.
ПРИМЕНЕНИЕ
1. Открытие тяжелой воды многих повергло в шок. Но один итальянский физик Энрико Ферми, интересовавшийся ядерной физикой, быстро разобрался что к чему. Он осознал, что тяжелая вода может немало пользы принести как в военном деле, так и в развитии атомной энергетики, как теплоноситель и замедлитель нейтронов в ядерных реакторах.
Это связано с ее уникальными свойствами не поглощать нейтроны.
Суть этого явления такова:
Нейтрон, сталкиваясь с ядром, чья масса несильно отличается от его собственной, резко замедляется и передает часть своей энергии этому ядру. Поскольку ядро простого водорода, состоящее из одного лишь протона, имеет ту же самую массу, что и нейтрон, оно способно принять на себя при столкновении значительную часть энергии нейтрона. Но, к сожалению, ядро простого водорода не только частично поглощает энергию нейтрона, но часто захватывает и сам нейтрон, превращаясь в ядро атома дейтерия. Поэтому обыкновенная вода как замедлитель малоэффективна. Зато лучшими свойствами обладает тяжелая вода. Ядра дейтерия, состоящие из одного нейтрона и одного протона, с трудом поглощают нейтроны, но легко воспринимают при столкновении значительные количества энергии нейтронов.
2. Используется в качестве изотопного индикатора в химии, биологии, гидрологии и тд.
3. Так же тяжелая вода нашла свое применение в физике элементарных частиц, где используется как детектор нейтрино.
4. 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.
Дейтеривая или тяжелая вода хоть и является потенциально опасной для жизни живых организмов, но также обладает огромным потенциалом, который в последствии может разрешить не мало экологических и научных проблем.
