Рядовая, тяжёлая, сверхтяжёлая и тяжёлокислородная вода
Рядовая, тяжёлая, сверхтяжёлая и тяжёлокислородная вода
До XIX века люди считали воду обыденным хим элементом. В 1805 году Александр Гумбольдт и Жозеф Луи Гей-Люссак установили, что вода состоит из молекул, любая из которых содержит два атома водорода и один кислорода и числилось, что вода — личное соединение, описываемое единственно вероятной формулой.
В 1932 году мир облетела сенсация: не считая воды обыкновенной, в природе существует к тому же томная вода. В молекулах таковой воды место водорода занимает его тяжкий изотоп — дейтерий.
Томную воду открыли южноамериканские физики Гаральд Юри и Эльберт Осборн. В 1933 году янки Герберт Льюис вместе с Ричардом Макдональдом в первый раз выделили ее в чистом виде.
В маленьких количествах томная вода повсевременно и везде находится в природных водах, которую от обыкновенной воды можно различить только по физическим чертам. В молекулу тяжеленной воды входят атомы не легкого водорода — протия (1H), а его тяжёлого изотопа — дейтерия (2D), атом которого на единицу тяжелее протиевого, а молекулярный вес тяжеленной воды на 2 единицы больше: 20, а не 18. Тяжёлая на 10% плотнее обыкновенной, вязкость выше на 23%, бурлит при 101,42 oС, леденеет при +3,8 oС.
Содержание тяжеленной воды в природных водах не умеренно. К примеру, в замкнутых водоемах ее больше, так как по сопоставлению с обыкновенной водой она испаряется наименее активно.
Тяжеленной воды больше в местностях с горячим климатом, на поверхности океана на экваторе и в тропиках. Томная вода конденсируется резвее, чем легкая. Поблизости полюсов в больших южных широтах (в Антарктике) океанские воды приметно «легче» и отличаются самым низким содержанием дейтерия на планетке. Так же невелика толика дейтерия во льдах Гренландии.
Томная вода в природе находится в маленьких количествах — в миллионных толиках процента. Преобладает ее разновидность, состав которой выражается формулой HDO. В Мировом океане содержится 1015 тонн HDO.
Томная вода — очень принципиальное промышленное сырье для атомной энергетики, действенный замедлитель стремительных нейтронов. Так, 1 г дейтерия при термоядерном распаде дает в 10 млн. раз больше энергии, чем 1 г угля при сгорании.
Томная вода действует плохо на актуальные функции организмов; это происходит даже при использовании обыкновенной природной воды с завышенным содержанием тяжеленной воды.
Подопытных животных поили водой, 1/3 часть которой была заменена водой состава HDO. Через недолгое время начиналось расстройство обмена веществ животных, разрушались почки. При увеличении толики тяжеленной воды животные гибли.
На развитие высших растений томная вода также действует угнетающе; при поливе их водой, на одну вторую состоящей из тяжеленной воды, рост прекращается.
Но всё же невзирая на это многие клеточки микробов, растений и водных растений могут быть приспособлены к росту на тяжёлой воде.
Пониженное содержание дейтерия в воде провоцирует актуальные процессы. При потреблении воды с содержанием дейтерия на 25% ниже нормы свиньи, крысы и мыши дали потомство, еще многочисленнее и крупнее обыденного, яйценоскость кур поднялась в два раза, пшеница созрела ранее и отдала более высочайший сбор. Это может быть объяснено различием в плотности и вязкости тяжёлой воды, также её гидрофобными эффектами.
Позже, при выяснении фракционного состава воды была найдена сверхтяжелая вода Т20. В ее составе место водорода занимает его природный изотоп, еще больше тяжкий, чем дейтерий. Это тритий (Т), который в отличие от дейтерия он радиоактивен, атомная масса его равна 3.
Тритий зарождается в больших слоях атмосферы, где идут природные ядерные реакции. Он является одним из товаров бомбардировки атомов азота нейтронами галлактического излучения. Ежеминутно на каждый квадратный сантиметр земной поверхности падают 89 атомов трития.
В маленьких количествах сверхтяжелая (тритиевая) вода попадает на Землю в составе осадков. Во всей гидросфере Земли насчитывается только 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 обыкновенной: бурлит при 104 oС, леденеет при 4-9 oС, имеет плотность 1,33 г/см3.
Сверхтяжелую воду используют в термоядерных реакциях. Она удобнее дейтериевой, потому что очень комфортна в определении.
Список изотопов водорода не кончается тритием. В лабораторных критериях ядерного реактора искусственно получены более томные изотопы 4H и 5H, тоже радиоактивные. Учёные предсказали существование молекул воды, в каких содержатся любые из 5 водородных изотопов в любом сочетании.
В природе также есть и изотопы кислорода. Кроме известного кислорода 16O, есть еще два природных изотопа кислорода — 17O и 18O. В природных водах в среднем на каждые 10 тыщ атомов изотопа 16O приходится 4 атома изотопа 17O и 20 атомов изотопа 18O.
По физическим свойствам тяжелокислородная вода меньше отличается от обыкновенной, чем тяжеловодородная. Получают ее в главном перегонкой природной воды и употребляют как источник препаратов с меченым кислородом.
Так же есть 6 искусственно сделанных изотопов кислорода, они недолговечны и радиоактивны. Из их: 13O, 14O и 15O — легкие, 19O и 20O — томные, а сверхтяжелый изотоп — 24O получен в 1970 году.
Существование 5 водородных и 9 кислородных изотопов гласит о том, что изотопных разновидностей воды может быть 135. Основную массу природной воды — выше 99% — составляет протиевая вода — 1H216O. Тяжелокислородных вод намного меньше: 1H218O — десятые толики процента. 1H217O — сотые толики от полного количества природных вод. Только миллионные толики процента составляет томная вода D2O, в форме 1HDO тяжеленной воды в природных водах содержится уже приметно больше. Еще пореже, чем D2O, встречаются и девять радиоактивных естественных видов воды, содержащих тритий. Традиционной водой следует считать протиевую воду 1H216O в чистом виде, другими словами без мельчайших примесей других 134 изотопных разновидностей. И хотя содержание протиевой воды в природе существенно превосходит содержание всех других взятых вместе видов, незапятанной 1H216O в естественных критериях не существует, есть только в немногих особых лабораториях. Ее получают очень сложным методом и хранят с большенными предосторожностями. Для получения незапятанной 1H216O ведут очень узкую, многостадийную чистку природных вод либо синтезируют воду из начальных частей 1H2 и 16O2, которые за ранее кропотливо очищают от изотопных примесей. Такую воду используют в опытах и процессах, требующих исключительной чистоты хим реактивов.
Протиевую воду можно было бы именовать легкой водой, но незапятнанная 1H216O — уникальность. Рабочим образцом легкой воды считают смесь разновидностей воды состава 1H216O, 1H217O и 1H218O, взятых в том же соотношении, в каком находятся в воздухе надлежащие изотопы кислорода.
Термин «томная вода» на практике также не имеет эквивалента. Вода, отвечающая формуле D218O, практически заменяется консистенцией разновидностей воды с неизменной водородной частью (тут это дейтерий) и с содержанием изотопов кислорода в согласовании с изотопным составом воздуха.
Основную часть аква потенциала Земли составляет вода, которой не напьешься, не используешь ни в индустрии, ни в сельском хозяйстве, ни в быту. 97,75% либо 1,338*109км3, — это соленые воды океанов и морей. Другие 2,25% — пресные воды, но, половина их — 24*106км3 — «законсервирована» в виде ледяных циклопических шапок Антарктиды, Арктики, Гренландии, больших гор в разных районах Земли. Приблизительно столько же воды — 23,4*106км3 — укрыто в толще земной коры. Это подземные воды.
Объем доступной пресной воды исчисляется всего тыщами кубических км. Больше всего пресной воды на земной поверхности накоплено в озерах -176,4*103км3. Если на мгновение задержать течение всех рек земного шара, то оказалось бы, что в их руслах сразу находится 2120 км3 воды.
Истоки огромного количества рек, огромных и малых, находятся в болотах, которые содержат 10300 км3 пресной воды. 13000 т воды содержится в ближайших к земной поверхности слоях атмосферы. На высоте до 1 км концентрация водяного пара в воздухе в среднем составляет 2%. Вот, пожалуй, и вся вода, на которую может реально рассчитывать население земли сейчас и в ближнем будущем.