Тяжёлая вода – ее свойства, жизнь и энергия будущего

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

* Изображение сгенерировано AI

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» ¹H тяжелый изотоп ²H или дейтерий (D), вследствие чего ее удельная масса на 10% больше чем у обычной. Химическая формула тяжелой воды – D₂O или ²H₂O (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 ^оС .

Точка кипения тяжёлой воды – 101,4 ^оС .

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.

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/см³. [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.

Заключение

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».

https://www.britannica.com/science/heavy-water

https://byjus.com/jee/heavy-water-preparation-properties

Тяжёлая вода – ее свойства, жизнь и энергия будущего

Статья опубликована: 2023-05-25 Автор: Waterman