Тяжёлая вода и жизнь
Тяжёлая вода и жизнь
Томная вода очень дорога и дефицитна. Но если получится отыскать дешевенький и удобный метод ее получения, то области внедрения этого редчайшего пока ресурса приметно расширятся. Раскроются новые странички в химии, биологии, а это новые материалы, неведомые соединения и, может быть, внезапные формы жизни, где все макромолекулы ДНК и белков состоят из дейтерированных молекул.
Рис. 1.
Молекулы воды крепко связаны вместе и образуют устойчивую молекулярную конструкцию, которая сопротивляется хоть каким наружным воздействиям, а именно термическим. (Вот поэтому, чтоб перевоплотить воду в пар, необходимо подвести к ней много тепла). Молекулярная конструкция воды скреплена каркасом из особенных квантово-механических связей, нареченных в 1920 году 2-мя южноамериканскими химиками Латимером и Родебушем водородными. Все аномальные характеристики воды, включая необыкновенное поведение при замерзании, объясняются исходя из убеждений концепции водородных связей.
Вода в природе бывает нескольких видов:
1) рядовая, либо протиевая;
2) томная, либо дейтериевая;
3) полутяжёлая;
4) сверхтяжелая, либо тритиевая, но ее в природе практически нет;
Различается вода и по изотопному составу кислорода. Всего же насчитывается более 18 ее изотопных разновидностей.
Если мы откроем водопроводный кран и наберем чайник, то там будет не однородная вода, а ее смесь. При всем этом дейтериевых включений окажется очень малость – приблизительно 150 граммов на тонну. Выходит, что томная вода есть всюду – в каждой капле! Неувязка в том, как ее взять. Сейчас в мире ее добыча связана с большими энергозатратами и очень сложным оборудованием.
Но есть предположение, что на земле вероятны такие природные ситуации, когда томная и рядовая вода на какое-то время отделяются одна от другой – тяжёлая вода из растерянного, растворенного состояния перебегает в концентрированное. Так, может быть, есть месторождения тяжеленной воды? Пока конкретного ответа нет: никто из исследователей этим вопросом до этого не занимался.
А совместно с тем понятно, что физико-химические характеристики тяжёлой воды совершенно другие, чем у обыкновенной воды – ее антипода. Так, температура кипения тяжеленной воды +101,4°С, а леденеет она при +3,81°С. Ее плотность на 10 процентов больше, чем у обыкновенной.
Нужно также увидеть, что происхождение тяжеленной воды, по-видимому, чисто земное – в космосе ее следов не найдено. Дейтерий появляется из протия вследствие захвата им нейтрона галлактического излучения. Мировой океан, ледники, атмосферная влага – вот природные “фабрики” тяжеленной воды.
Рис. 2. Зависимость плотности обыкновенной и тяжеленной воды от температуры.
Разница в плотности одной и другой разновидностей воды превосходит 10%, и потому вероятны условия, когда переход в жесткое состояние при охлаждении происходит сначала у тяжеленной воды, а потом у обыкновенной. Во всяком случае, физика не воспрещает возникновения участков жесткой фазы с завышенным содержанием дейтерия. Такому “томному” льду на диаграмме соответствует заштрихованный участок. Если б вода была “обычной”, а не аномальной жидкостью, то зависимость плотности от температуры имела бы вид, показанный пунктирной линией.
Итак, так как есть приметная разница в плотности меж тяжёлой и обыкновенной водой, то конкретно плотность, также агрегатное состояние и могут служить более чувствительными аспектами в поисках вероятных месторождений тяжеленной воды – ведь эти аспекты связаны с температурой среды. Как понятно, окружающая среда более “контрастна” в больших широтах планетки.
Но к истинному времени сложилось мировоззрение, что воды больших широт бедны дейтерием. Поводом к этому стали результаты исследовательских работ проб воды и льда из Огромного Медвежьего озера в Канаде и из других северных водоемов. Обнаружились также колебания в содержании дейтерия по сезонам года – зимой, к примеру, в реке Колумбия его меньше, чем летом. Эти отличия от нормы связывались с особенностями рассредотачивания осадков, которые, как принято полагать, “разносят” дейтерий по планетке.
Похоже, что никто из исследователей сходу не увидел укрытого противоречия в этом утверждении. Да, осадки оказывают влияние на рассредотачивание дейтерия по водоемам планетки, но они никак не оказывают влияние на глобальный процесс образования дейтерия!
Когда на Севере наступает осень, в реках начинается резвое остывание аква массы, которое убыстряется под воздействием нескончаемой мерзлоты, сразу идет ассоциация молекул воды. В конце концов, наступает критичный момент наибольшей плотности – температура воды везде чуток ниже +4°С. Тогда и в придонной зоне на неких участках активно намораживается рыхловатый подводный лед.
В отличие от обыденного льда он не имеет правильной кристаллической решетки, у него другая структура. Центры его кристаллизации различны: камешки, коряги и различные выпуклости, при этом не непременно лежащие на деньке и связанные с промерзлым грунтом. Возникает рыхловатый лед на реках глубочайших, со размеренным – ламинарным – течением.
Подводное ледообразование обычно завершается тем, что льдины всплывают на поверхность, хотя в это время никакого другого льда нет. Подводный лед время от времени возникает и летом. Появляется вопрос: что же это все-таки за “вода в воде”, которая меняет свое агрегатное состояние, когда установившаяся температура в реке очень высока для того, чтоб в лед преобразовывалась рядовая вода, чтоб, как молвят физики, произошел фазовый переход?
Можно допустить, что рыхловатый лед представляет собой обогащенные концентрации тяжеленной воды. Кстати, если это так, то необходимо держать в голове, что томная вода не отличима от обыкновенной, но потребление ее вовнутрь организма может вызвать томные отравления. К слову сказать, местные обитатели больших широт не употребляют речной лед для изготовления еды – только озерный лед либо снег.
“Механизм” фазового перехода тяжёлой воды в реке очень припоминает тот, что употребляется химиками в так именуемых кристаллизационных колоннах. Исключительно в северной реке “колонна” растянута на сотки км и не настолько контрастна по температурному режиму.
Если же подразумевать, что через центры кристаллизации в реке за куцее время проходят сотки и тыщи кубических метров воды, из которых преобразуется в лед – намораживается – пусть тысячная толика процента, то и этого довольно, чтоб гласить о возможности тяжеленной воды концентрироваться, другими словами создавать месторождения.
Только присутствием таких концентраций можно разъяснить тот доказанный факт, что зимой в северных водоемах процентное содержание дейтерия приметно миниатюризируется. Ну и полярные воды, как демонстрируют пробы, тоже бедны дейтерием, и в Арктике, полностью возможно, есть районы, где плавают в главном только льдины, обогащенные дейтерием, – ведь рыхловатый донный лед возникает первым и тает последним.
Больше того, как проявили исследования, ледники и льды больших широт в целом богаче томными изотопами, чем воды, омывающие льды. К примеру, в Южной Гренландии, в районе станции “Дай-3”, выявлены изотопные аномалии на поверхности ледников, и происхождение таких аномалий пока не объяснено. Означает, могут повстречаться и льдины, обогащенные дейтерием. Дело, как говорится, за малым – необходимо отыскать эти еще пока гипотетичные месторождения тяжеленной воды.
Литература:
1. Л. Кульский, В. Даль, Л. Ленчина. Вода знакомая и таинственная. “Радянська школа”, 1982.
2. Наука и жизнь №10, 1988.