Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Важка вода


Схематичне зображення молекули важкої води

План:


Введення

Важка вода
Схематичне зображення молекули важкої води
Загальна інформація
Інші назви оксид дейтерію
Формула D 2 O
Молярна маса 20,04 г / моль
В твердому вигляді лід
Вид прозора рідина без кольору,
смаку і запаху
Номер CAS [7732-20-0]
Властивості
Щільність
і фазовий стан
1104,2 кг / м , рідина
1017,7 кг / м , тверда (при н.у.)
Розчинність Малорастворіми в діетиловому ефірі;
Змішується з етанолом;
C звичайною водою змішується
в будь-яких пропорціях.
питома теплоємність 4,105 кДж / К кг
Точка плавлення 3,81 C (276,97 K)
Точка кипіння 101,43 C (374,55 K)
Константа дисоціації
кислоти (p K a)
В'язкість 0,00125 Па с (+0,0125 пз) при 20 C

Важка вода (також оксид дейтерію) - зазвичай цей термін застосовується для позначення тяжеловодородной води. Тяжеловодородная вода має ту ж хімічну формулу, що і звичайна вода, але замість атомів звичайного легкого ізотопу водню ( протію) містить два атоми важкого ізотопу водню - дейтерію. Формула тяжеловодородной води зазвичай записується як D 2 O або 2 H 2 O. Зовні важка вода виглядає як звичайна - безбарвна рідина без смаку і запаху.


1. Історія відкриття

Молекули тяжеловодородной води були вперше виявлені в природній воді Гарольдом Юрі в 1932, за що вчений був удостоєний Нобелівської премії з хімії в 1934 році. А вже в 1933 Гілберт Льюїс виділив чисту тяжеловодородную воду.

2. Властивості

Властивості важкої води
Молекулярна маса 20,03 а.е.м.
Тиск парів 10 мм.рт.ст. (при 13,1 C), 100 мм.рт.ст. (при 54 C)
Показник заломлення 1,32844 (при 20 C)
Ентальпія утворення Δ H -294,6 КДж / моль (ж) (при 298 К)
Енергія Гіббса утворення G -243,48 КДж / моль (ж) (при 298 К)
Ентропія освіти S 75,9 Дж / моль K (ж) (при 298 К)
Мольна теплоємність C p 84,3 Дж / моль K (жг) (при 298 К)
Ентальпія плавлення Δ H пл 5,301 кДж / моль
Ентальпія кипіння Δ H кип 45,4 кДж / моль
Критичне тиск 21,86 МПа
Критична щільність 0,363 г / см

3. Знаходження в природі

У природних водах один атом дейтерію доводиться на 6400 атомів протію. Майже весь він знаходиться в складі молекул напівважкій води DHO, одна така молекула доводиться на 3200 молекул легкої води. Лише дуже незначна частина атомів дейтерію формує молекули важкої води D 2 O, оскільки ймовірність двох атомів дейтерію зустрітися складі однієї молекули в природі мала (приблизно 0,5 10 -7). При штучному підвищенні концентрації дейтерію у воді ця ймовірність зростає.


4. Біологічна роль і фізіологічний вплив

Важка вода токсична лише в слабкому ступені, хімічні реакції в її середовищі проходять дещо повільніше, порівняно зі звичайною водою, водневі зв'язку з участю дейтерію кілька сильніше звичайних. Експерименти над ссавцями (миші, щури, собаки) [1] показали, що заміщення 25% водню в тканинах дейтерієм призводить до стерильності, іноді незворотною. Більш високі концентрації призводять до швидкої загибелі тварини; так, ссавці, які пили важку воду протягом тижня, загинули, коли половина води в їх тілі була дейтерированного; риби і безхребетні гинуть лише при 90% дейтерірованіі води в тілі. Найпростіші здатні адаптуватися до 70% розчину важкої води, а водорості та бактерії здатні жити навіть у чистій важкій воді [1]. Людина може без видимої шкоди для здоров'я випити кілька склянок важкої води, весь дейтерій буде виведений з організму через кілька днів.
Таким чином, важка вода набагато менш токсична, ніж, наприклад, кухонна сіль. Важка вода використовувалася для лікування артеріальної гіпертензії у людей в добових дозах до 1,7 г дейтерію на кг ваги пацієнта; цей метод запатентований ( US Patent 5223269 ).


5. Деякі відомості

Важка вода накопичується в залишку електроліту при багаторазовому електролізі води. На відкритому повітрі важка вода швидко поглинає пари звичайної води, тому можна сказати, що вона гігроскопічна. Виробництво важкої води дуже енергоємне, тому її вартість досить висока (орієнтовно 200-250 доларів за літр).

Серед населення побутує міф про те, що при тривалому кип'ятінні природної води концентрація важкої води в ній підвищується, що нібито може шкідливо позначитися на здоров'ї. В дійсності ж реальне підвищення концентрації важкої води при кип'ятінні мізерно (менше відсотка) і до того ж, як сказано вище, важка вода практично не отруйна. Набагато сильніше позначається на смаку і властивості води при кип'ятінні підвищення концентрації розчинених солей.


6. Отримання

Вартість виробництва важкої води визначається витратами енергії. Тому при збагаченні важкої води застосовують послідовно різні технології - спочатку користуються технологіями з великими втратами важкої води, але більш дешевими, а в кінці - більш енергозатратними, але з меншими втратами важкої води.

З 1933 по 1946 роки єдиним застосовувався методом збагачення був електроліз. В подальшому з'явилися технології ректифікації рідкого водню і ізотопного обміну в системах водень - рідкий аміак, водень - вода і сірководень - вода. Сучасне масове виробництво у вхідному потоці використовує воду, дистильовану з електроліту цехів отримання електролітичного водню, з вмістом 0,1-0,2% важкої води.

На першій стадії концентрування застосовується двухтемпературная протівоточная сірководнева технологія ізотопного обміну, вихідна концентрація важкої води 5-10%. На другий - каскадний електроліз розчину лугу при температурі близько 0 C, вихідна концентрація важкої води 99,75-99,995%.


7. Застосування

Найважливішою властивістю тяжеловодородной води є те, що вона практично не поглинає нейтрони, тому використовується в ядерних реакторах для гальмування нейтронів і в якості теплоносія. Вона використовується також як ізотопного індикатора в хімії, біології і гідрології. В фізиці елементарних частинок важка вода використовується для детектування нейтрино; так, найбільший детектор сонячних нейтрино SNO (Канада) містить 1000 тонн важкої води.


8. Інші види важких вод

8.1. Напівважку вода

Виділяють також напівважкій воду (відому також під назвами дейтерієва вода, монодейтеріевая вода, гідроксид дейтерію), у якій тільки один атом водню заміщений дейтерієм. Формулу такої води записують так: DHO або HHO. Слід зазначити, що вода, що має формальний склад DHO, внаслідок реакцій ізотопного обміну реально буде складатися з суміші молекул DHO, D 2 O і H 2 O (у пропорції приблизно 2:1:1). Це зауваження справедливо і для THO і TDO.


8.2. Надважка вода

Надважка вода містить тритій, період напіврозпаду якого більше 12 років. За своїми властивостями надважка вода (T 2 O) ще помітніше відрізняється від звичайної: кипить при 104 C, замерзає при +9 C і має щільність 1,21 г / см . [2] Відомі (тобто отримані у вигляді більш- менше чистих макроскопічних зразків) всі дев'ять варіантів надважкої води: THO, TDO і T 2 O з кожним з трьох стабільних ізотопів кисню (16 O, 17 O і 18 O). Іноді надважку воду називають просто важкою водою, якщо це не може викликати плутанину. Надважка вода має високу радіотоксичність.


8.3. Тяжелокіслородние ізотопні модифікації води

Термін важка вода застосовують також по відношенню до тяжелокіслородной воді, у якій звичайний легкий кисень 16 O замінений одним з важких стабільних ізотопів 17 O або 18 O. Важкі ізотопи кисню існують в природному суміші, тому в природній воді завжди є домішка обох тяжелокіслородних модифікацій. Тяжелокіслородная вода, зокрема, 1 H 2 18 O, використовується в ранній діагностиці онкологічних захворювань .


8.4. Загальне число ізотопних модифікацій води

Якщо підрахувати всі можливі нерадіоактивні з'єднання з загальною формулою Н 2 О, то загальна кількість можливих ізотопних модифікацій води всього дев'ять (так як існує два стабільних ізотопу водню і три - кисню):
Стабільні:

  • Н 2 16 O - легка вода, або просто вода
  • Н 2 17 O
  • Н 2 18 O - тяжелокіслородная вода
  • HD 16 O - напівважку вода
  • HD 17 O
  • HD 18 O
  • D 2 16 O - важка вода
  • D 2 17 O
  • D 2 18 O

Радіоактивні:

  • T 2 16 O - надважка вода
  • T 2 17 O
  • T 2 18 O
  • DT 16 O
  • DT 17 O
  • DT 18 O
  • HT 16 O
  • HT 17 O
  • HT 18 O

З урахуванням тритію їх число зростає до 18. Таким чином, окрім звичайної, найбільш поширеною в природі "легкої" води 1 H 2 16 O, в цілому існує 8 нерадіоактивних (стабільних) і 9 слаборадіоактивних "важких вод".

Всього ж загальне число можливих "вод" з урахуванням усіх відомих ізотопів водню (7) і кисню (17) формально дорівнює 476. Проте розпад майже всіх радіоактивних ізотопів водню і кисню відбувається за секунди або частки секунди (важливим виключенням є тритій, період напіврозпаду якого більше 12 років). Наприклад, все важчі, ніж тритій, ізотопи водню живуть близько 10 -20 с; за цей час ніякі хімічні зв'язки просто не встигають утворитися, і, отже, молекул води з такими ізотопами не буває. Важкі радіоізотопи кисню мають періоди напіврозпаду від декількох десятків секунд до наносекунд. Тому макроскопічні зразки води з такими ізотопами отримати неможливо, хоча молекули і мікрообразци можуть бути отримані.


Примітки

  1. 1 2 DJ Kushner, Alison Baker, and TG Dunstall (1999). "Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds". Can. J. Physiol. Pharmacol. 77 (2): 79-88. DOI : 10.1139/cjpp-77-2-79 - dx.doi.org/10.1139/cjpp-77-2-79. PMID 10535697. "Used in boron neutron capture therapy ... D 2 O is more toxic to malignant than normal animal cells ... Protozoa are able to withstand up to 70% D 2 O. Algae and bacteria can adapt to grow in 100% D 2 O "
  2. Тритій / / Хімічна енциклопедія Т.5 - Москва - Наукове видавництво "Велика Російська енциклопедія" - 1998

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Важка кавалерія
Важка промисловість
Важка атлетика
Поштовх (важка атлетика)
Ривок (важка атлетика)
Пізня важка бомбардування
Важка атлетика на Олімпійських іграх
Важка атлетика на літніх Олімпійських іграх 1896
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru