оксид дейтерия можно ли пить
На сколько вредна тяжелая вода?
Все слышали о воде или H2O, но гораздо меньше людей знают о «тяжелой воде». Чем она отличается от обычной и что будет, если ее выпить? Об этом в нашей статье.
Коллаж картины Алексея Венецианова «Встреча у колодца».
Что такое тяжелая вода?
Чтобы разгадать тайну тяжелой воды, нужно сначала понять, что такое изотопы.
Изотопы (от др.-греч. — «равный», «одинаковый», и — «место») — разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа
Водород имеет следующие изотопы.
Изотопы водорода: протий, дейтерий и тритий.
Также как и молекула воды (H2O), молекула тяжелой воды или оксид дейтерия (D2O) имеет два атома, связанных с одним атомом кислорода. Вместо обычных атомов водорода тяжелая вода содержит атомы дейтерия.
Кубики льда тяжелой воды будут тонуть. Источник изображения: depositphotos.com
В природе тяжелая вода встречается редко. Соотношение тяжелой и обычной воды составляет где-то 1: 20 000 000 молекул.
Какая польза от тяжелой воды?
Тяжелая вода используется в ядерных реакторах. В этих реакторах нейтроны движутся с невероятной скоростью и должны быть замедлены. Замедленное движение нейтронов в реакторе обеспечивает эффективное протекание реакции. Тяжелая вода выступает в качестве замедлителя нейтронов в этой реакции.
Что будет если выпить тяжелую воду?
Если вы выпьете небольшое количество тяжелой воды, то это никак не повлияет на вас. Тяжелая вода имеет сладковатый привкус.
Даже выпив несколько стаканов D2O вы не отравитесь, потому что дейтерий не радиоактивен, зато вы можете почувствовать дискомфорт из-за изменения плотности жидкости.
Стакан тяжелой воды? :). Источник изображения: fotosearch.ae
Также вы, вероятно, ощутите небольшое изменение давления жидкости в ваших ушах. Тем не менее, это количество не должно причинить серьезного вреда вашему организму, Через несколько дней весь дейтерий будет выведен из вашего тела.
Однако, если вы будете постоянно пить тяжелую воду (что маловероятно, поскольку, вы вряд ли сможете раздобыть тяжелую воду в таких объемах), то это будет очень вредно для вашего здоровья.
Потребление избыточного количества D2O может привести к летальному исходу. Источник изображения: e-wiki.org
К счастью, мы крайне редко слышим о передозировке людей тяжелой водой, главным образом, потому что получение D2O весьма дорого и трудоемко. Используя электролиз, можно получить чистую тяжелую воду, но большинство людей не имеют доступа к такому оборудованию. Покупка D2O также обходится очень недешево, стоимость оксида дейтерия более 100 долларов за 100 гр.
Тяжелая вода: что это такое и где она применяется, как получить такую жидкость в домашних условиях – физические свойства воды и химическая формула
Вы наверняка о ней слышали, но уделяли ли ей достаточно внимания? Чтобы ответить, рассмотрим, что собой представляет тяжелая вода: что это такое, где применяется, чем отличается от обычной, что будет, если регулярно употреблять ее в быту и так далее.
Сразу отметим: сегодня она используется все активнее, особенно в химической промышленности и в экспериментальной медицине. Ученые подбирают различные ее дозировки для проведения глобальных исследований, призванных улучшить приплод и увеличить вес домашних животных, а также побороть раковые опухоли. Успехи переменные, но они есть (плюс многие изыскания рассчитаны на длительную перспективу, и их результаты пока не оценить), поэтому работы в этих направлениях продолжаются, чему только способствует общее развитие технологий.
Что значит термин «тяжелая вода»
Она представляет собой оксид — либо водорода 2H (вместо легкого 1H в обычных условиях), либо дейтерия D, то есть изотопа, содержащего на один нейтрон больше, чем в стандартном случае. Такая замена оборачивается повышением удельной массы на 10%.
Немного справочной информации:
В природных источниках соотношение D к H сегодня измеряется как 1 к 6900; ее немного и это хорошо, так как в целом она действует на организмы угнетающе (подробнее рассмотрим этот вопрос ниже).
История открытия
Впервые ее молекулы в обычной среде обнаружил американский физиохимик Гарольд Юри: было это в 1932-м году, а в 1934-м ему присудили Нобелевскую премию за это открытие. В 1933-м уже другой ученый из США, Гилберт Льюис, путем электролиза получил чистую тяжеловодородную воду: он многократно пропускал ток через остаток H2O, постепенно насыщая его молекулами HDO и D2O – до тех пор, пока концентрация последних не достигла 99%.
Когда в 1938-м открыли деление ядер, сразу же стало ясно, насколько перспективны цепные реакции этого процесса. Но для их проведения понадобился эффективный замедлитель нейтронов. В роли последнего стали использовать D2O — наиболее удобное с технической точки зрения соединение дейтерия, помимо прочего, еще и отводящее тепло из рабочей зоны.
В СССР химическая формула тяжелой воды и те преимущества, которые она дает, получала все больше внимания по мере развития атомной энергетики. В частности, предшественница ИТЭФ, Лаборатория №3 АН СССР, начала производить 2H2O в промышленных масштабах – для обеспечения нужд реакторов (современная классификация которых – тип PHWR) и различных установок.
Физические свойства тяжелой воды
Одни из них такие же, что и у обычной, другие — кардинально отличаются, но общая их совокупность определяет условия применения и употребления D2O (2H2O), а значит заслуживает внимания. Рассмотрим каждый из важных параметров отдельно.
Запах
Отсутствует — по этому показателю отличить ее от «легкой» не представляется возможным. Какие-то оттенки неприятного аромата — допустим, серной тухлости, хлористой резкости или гниловатой сладости — говорят только о наличии вполне конкретных проблем в самом источнике, вызванных не превышением концентрации оксида дейтерия. Причина может быть в разложении водорослей, сливе промышленных отходов и других подобных факторах.
Во всех вариациях своих изотопов тяжелая вода в природе так же прозрачна, как обычная. Поэтому вполне можно спутать ее визуально и случайно выпить, если она, например, будет налита в стакан или графин (на вкус она может показаться чуть сладковатой).
Обратите внимание: помутнение, затемнение или осветление, появление буроватого или зеленоватого оттенка свидетельствует лишь о присутствии примесей в отдельно взятом заборе, но никак не о повышенном содержании D2O, его так просто не определить. Другой вопрос, чем обусловлено наличие посторонних веществ (чаще всего это соли жесткости, ржавчина, нитраты, марганец и другие опасные элементы).
Температура кипения
Это первое свойство, по которому тяжелая вода будет отличаться от легкой, пусть и незначительно. Потому что при сравнении мы увидим следующие градусы:
MBFT-75 Мембрана на 75GPD
SF-mix Clack до 0,8 м3/ч
SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч
Нагрев является своеобразным маркером «веса», но в условиях бытовой практики он малоприменим, а наука и промышленность располагают более совершенными и точными способами определения разницы.
Отдельно отметим, что выделяют еще и такой показатель, как температура плавления (кристаллизации), и он составляет:
Проще говоря, это отметка, при которой начинает образовываться лед, и это даже более явный признак «тяжести», который может пригодиться в быту.
Вязкость
Имеется в виду динамическая, являющаяся частью системы единиц СГС и измеряемая в сантипуазах (сокращенно сП). При этом 1 П = 0,1 Н х с/м2.
У обычной она 1,0016 сП, в то время как у оксида дейтерия уже 1,2467 сП (все сравнения производятся при температуре в 20 градусов Цельсия). Разница в 24% существенным образом влияет на эксплуатационные характеристики и является одним из тех факторов, которые способствуют замедлению химических реакций (в частности, поглощения нейтронов).
Молекулярная масса
Составляет 20,034 г/моль, по сравнению с 18,01528 г/моль «легкой» H2O, и это еще одна из причин, почему воду называют тяжелой, ведь она буквально весит больше. Данная особенность также провоцирует снижение скоростей обменных процессов, что особенно важно для управления термоядерным синтезом.
Растворимость
Она достаточно быстро и равномерно смешивается с этанолом, но в случае с диэтиловым эфиром такого результата уже не наблюдается. В свою очередь, растворить в ней соли уже значительно труднее, чем в обычной H2O, ориентированной на бытовые нужды, и это даже удобно. Во-первых, это явный показатель повышенного «веса», во-вторых, определенная защита от загрязнений, что просто необходимо технологической среде, актуальной на самых ответственных объектах.
Плотность
Измеряется при температуре в 25 градусов Цельсия и составляет 1,1042 г/см3, по сравнению с 0,997 г/см3 «легкой». И это еще одна характеристика, снижающая общий уровень поглощения нейтронов и способствующая замедлению реакций.
Есть и другие параметры, в числе которых:
Но они не столь важны конкретно в нашем случае, то есть в вопросах подготовки забора из артезианской скважины к бытовому употреблению, и поэтому на каждом из них мы не будем подробно останавливаться.
Где и для чего используется тяжелая вода
Поначалу сам Гарольд Юри отнесся к своей находке как к интересному научному факту. И, несмотря на Нобелевскую премию, на первых порах он и его коллеги не видели сфер, в которых может пригодиться оксид дейтерия. Ситуация изменилась уже через 5 лет: в связи с открытием деления ядер, стал очевиден тот промышленный потенциал, которым обладает D2O. В результате сегодня можно выделить сразу несколько сфер ее актуальности.
В ядерных технологиях
SF-mix ручной до 0,8 м3/ч
Аэрационная установка AS-1054 VO-90
Современные физики рассматривают ее в качестве топлива будущего, а некоторые даже заявляют, что она станет источником бесконечной энергии. И это уже не просто мечты, ведь с ее помощью уже можно управлять термоядерным синтезом (пусть пока и с ограничениями), и ожидается, что с ее помощью удастся провести сверхвыгодные реакции вроде:
D + T → 4He + η + 17,6 МэВ
Перспективность считается настолько высокой, что ее коммерческий оборот в ряде стран находится под жестким государственным надзором. Это как раз та ситуация, в которой запреты и ограничения оправданы, так как позволяют защититься от создания неконтролируемых, а значит и опасных установок, работающих на природном уране.
Важную роль играет и возможность обнаружения нейтрино именно с помощью D2O. Около 1000 ее тонн содержится в SNO, то есть в крупнейшем детекторе мира, комплексе оборудования, расположенном в Канаде.
В ядерных реакторах
В этом случае применение тяжелой воды актуально в одном из двух качеств:
В роли изотопного индикатора в химии
А также в области гидрологии, биологии и других сферах, для которых только может быть актуальным использование оксида дейтерия.
Например, в небольших концентрациях он препятствует размножению и распространению бактерий, грибков и других вредных микроорганизмов, и эту особенность взяла на вооружение экспериментальная медицина.
Рассуждая о том, что такое тяжелая вода и где применяется, нужно отметить, что ученые в течение десятилетий проводили глобальные и комплексные исследования. И установили несколько любопытных закономерностей, возникающих при определенном проценте содержания D2O в употребляемой в пищу жидкости:
Естественно, все медицинские опыты (тем более что они показывают столь неоднозначные результаты) пока проводились на животных, но не на людях.
Отличия между легкой и тяжелой водой
На основании свойств D2O понятно, чем опасно такое соединение для человека: постепенно накапливаясь в организме, оно нарушает метаболизм, убыстряет появление необратимых возрастных изменений, провоцирует возникновение болезней и злокачественных новообразований.
С другой стороны, H2O, с нормальной или восстановленной структурой:
Напомним также, что обе этих жидкости прозрачны и обладают нейтральным вкусом и запахом, поэтому их вполне реально перепутать.
Какая польза от тяжелой воды
Диспенсер магистральный настольный AquaPro 919H/RO (горячая и холодная вода)
Диспенсер магистральный настольный AquaPro 929CH/RO (охлаждение/нагрев)
Диспенсер напольный AquaPro 311 (пустой, без охлаждения)
Естественно, она не была столь востребованной, если бы несла только вред. То же замедление нейтронов обеспечивает нормальное протекание ядерных реакций, а значит оксид дейтерия все-таки стоит на страже нашей безопасности, пусть и опосредованно.
Ну а добавление в качестве индикатора дает удобную возможность контролировать изменения состава смесей и своевременно вносить необходимые корректировки.
Также нужно учитывать те потенциальные преимущества, которые в будущем принесут медицинские исследования. Специалисты из самых разных областей все уверенней говорят о скором прорыве.
Что случится, если выпить тяжелую воду
В небольших количествах она никак не скажется на состоянии организма. За раз можно употребить даже литр D2O — ничего страшного не случится: за две недели она полностью выйдет из тела, а сам дейтерий не радиоактивен. Так что не опасайтесь, что случайно возьмете не тем наполненный стакан. Максимум, что можно почувствовать — это небольшой дискомфорт из-за изменения давления.
Другое дело — регулярное употребление. В этом случае оксид будет:
Это обернется уже описанными проблемами со здоровьем (отказом органов, появлением опухолей). Если же концентрация D2O достигнет 20% от общего объема жидкости, то это спровоцирует летальный исход.
Тяжелая вода в жизни человека
За тот комплексный угнетающий эффект, который она может подарить, ее зачастую называют мертвой. Да, несмотря на то что размножение вредных микроорганизмов она тоже замедляет или даже полностью останавливает.
Нюанс в том, что оксид дейтерия в малых количествах, но содержится во всех естественных источниках. Небольшой его процент есть в озерах, прудах, реках, морях, глубоких скважинах и даже в осадках. Причем в дожде его обычно в несколько раз больше, чем в снеге, что объясняется частой электризацией облаков.
В любом случае выходит, что мы, пусть и неосознанно, но потребляем D2O, и получение тяжелой воды в домашних условиях происходит независимо от нашего желания, просто не в таких количествах, которые могли бы нам навредить.
Поэтому важно не повышать риск накопления оксида дейтерия в организме и не употреблять для питья и приготовления пищи морскую H2O, опресненную методом обратного осмоса. Данный способ как раз даст жидкость со сравнительно более высоким уровнем концентрации изотопа.
Мы поможем подобрать оборудование, которое будет контролировать количество примесей в каждом заборе и отфильтровывать вредные частицы – обращайтесь в компанию «Вода Отечества».
Но механическая очистка в этом конкретном случае может не сработать, так как фильтры смогут удалить лишь нерастворимые частицы, но окажутся бессильными на уровне молекул и атомов. Хотя один способ, применимый в быту, все-таки есть, предлагаем его рассмотреть.
Как получить тяжелую воду в домашних условиях
Выделить D2O, чтобы потом слить его, можно с помощью процесса таяния. Для этого необходимо:
Заключение
Теперь вы знаете, что означает понятие «тяжелая вода», где она может применяться и какую опасность несет, и еще больше понимаете, насколько важно получать во всех смыслах чистую жидкость.
Дейтериевая вода
Дейтериевая вода
| Тяжёлая вода | |
|---|---|
 | |
| Общая информация | |
| Другие названия | оксид дейтерия |
| Формула | D2O |
| Молярная масса | 20,04 г/моль |
| В твердом виде | ? |
| Вид | прозрачная жидкость без цвета, вкуса и запаха |
| Номер CAS | [7732-20-0] |
| Свойства | |
| Плотность и фазовое состояние | 1104,2 кг/м³, жидкость 1017,7 кг/м³, твёрдая (при н. у.) |
| Растворимость | Малорастворима в диэтиловом эфире; Смешивается с этанолом; C обычной водой смешивается в любых пропорциях. |
| удельная теплоёмкость | 5,301(?) кДж/моль |
| Точка плавления | 3,81 °C (276,97 K) |
| Точка кипения | 101,43 °C (374,55 K) |
| Константа диссоциации кислоты (pKa) | ? |
| Вязкость | 0,00125 Па·с (0,0125 пз) при 20 °C |
Тяжёлая вода́ (также оксид дейтерия) — обычно этот термин применяется для обозначения тяжёловодородной воды. Тяжёловодородная вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная вода, но вместо атомов обычного лёгкого изотопа водорода (протия) содержит два атома тяжёлого изотопа водорода — дейтерия. Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как D2O или ²H2O. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без вкуса и запаха.
Содержание
История открытия
Молекулы тяжёловодородной воды были впервые обнаружены в природной воде Гарольдом Юри в 1932 году, за что был отмечен Нобелевской премией по химии в 1934 году. А уже в 1933 году Гилберт Льюис выделил чистую тяжёловодородную воду.
Свойства
| Молекулярная масса | 20,03 а.е.м. |
| Давление паров | 10 мм. рт. ст. (при 13,1 °C), 100 мм. рт. ст. (при 54 °C) |
| Показатель преломления | 1,32844 (при 20 °C) |
| Энтальпия образования ΔH | −294,6 кДж/моль (ж) (при 298 К) |
| Энергия Гиббса образования G | −243,48 кДж/моль (ж) (при 298 К) |
| Энтропия образования S | 75,9 Дж/моль·K (ж) (при 298 К) |
| 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 | 21,86 МПа |
| Критическая плотность | 0,363 г/см³ |
Нахождение в природе
В природных водах один атом дейтерия приходится на 6400 атомов протия. Почти весь он находится в составе молекул полутяжёлой воды DHO (см. ниже), одна такая молекула приходится на 3200 молекул лёгкой воды. Лишь очень незначительная часть атомов дейтерия формирует молекулы тяжёлой воды D2O, поскольку вероятность двух атомов дейтерия встретиться в составе одной молекулы в природе мала (примерно 0,5·10 −7 ). При искусственном повышении концентрации дейтерия в воде эта вероятность растёт.
Биологическая роль и физиологическое воздействие
Некоторые сведения
Тяжёлая вода накапливается в остатке электролита при многократном электролизе воды. На открытом воздухе тяжёлая вода быстро поглощает пары обычной воды, поэтому можно сказать, что она гигроскопична. Производство тяжёлой воды очень энергоёмко, поэтому её стоимость довольно высока (ориентировочно 200—250 долларов за литр).
Среди населения бытует миф о том, что при длительном кипячении природной воды концентрация тяжёлой воды в ней повышается, что якобы может вредно сказаться на здоровье. В действительности же реальное повышение концентрации тяжёлой воды при кипячении ничтожно (менее процента) и к тому же, как сказано выше, тяжёлая вода практически не ядовита. Гораздо сильнее сказывается на вкусе и свойствах воды при кипячении повышение концентрации растворённых солей.
Применение
Важнейшим свойством тяжёловодородной воды является то, что она практически не поглощает нейтроны, поэтому используется в ядерных реакторах для торможения нейтронов и в качестве теплоносителя. Она используется также в качестве изотопного индикатора в химии, биологии и гидрологии. В физике элементарных частиц тяжёлая вода используется для детектирования нейтрино; так, крупнейший детектор солнечных нейтрино SNO (Канада) содержит 1 килотонну тяжёлой воды.
Другие виды тяжёлых вод
Полутяжёлая вода
Выделяют также полутяжёлую воду (известную также под названиями дейтериевая вода, монодейтериевая вода, гидроксид дейтерия), у которой только один атом водорода замещен дейтерием. Формулу такой воды записывают так: DHO или ²HHO. Следует отметить, что вода, имеющая формальный состав DHO, вследствие реакций изотопного обмена реально будет состоять из смеси молекул DHO, D2O и H2O (в пропорции примерно 2:1:1). Это замечание справедливо и для THO и TDO.
Сверхтяжёлая вода
Тяжёлокислородные изотопные модификации воды
Термин тяжёлая вода применяют также по отношению к тяжёлокислородной воде, у которой обычный лёгкий кислород 16 O заменён одним из тяжёлых стабильных изотопов 17 O или 18 O. Тяжёлые изотопы кислорода существуют в природной смеси, поэтому в природной воде всегда есть примесь обеих тяжёлокислородных модификаций.
Общее число изотопных модификаций воды
Если подсчитать все возможные нерадиоактивные соединения с общей формулой Н2О, то общее количество возможных изотопных модификаций воды всего девять (так как существует два стабильных изотопа водорода и три — кислорода):
С учётом трития их число возрастает до 18. Таким образом, кроме обычной, наиболее распространённой в природе «лёгкой» воды 1 H2 16 O, в общей сложности существует 8 нерадиоактивных (стабильных) и 9 слаборадиоактивных «тяжёлых вод».
Всего же общее число возможных «вод» с учётом всех известных изотопов водорода (7) и кислорода (17) формально равняется 476 (!). Однако распад почти всех радиоактивных изотопов водорода и кислорода происходит за секунды или доли секунды (важным исключением является тритий, период полураспада которого более 12 лет). Например, все более тяжёлые, чем тритий, изотопы водорода живут порядка 10 −20 с; за это время никакие химические связи просто не успевают образоваться, и, следовательно, молекул воды с такими изотопами не бывает. Тяжёлые радиоизотопы кислорода имеют периоды полураспада от нескольких десятков секунд до наносекунд. Поэтому макроскопические образцы воды с такими изотопами получить невозможно, хотя молекулы и микрообразцы могут быть получены.