Категории

Cуществуют следующие способы оплаты за занятия:

  • Абонемент на 8 посещений (срок действия 1 месяц) - 300 грн.;
  • Абонемент на 4 посещения (срок действия 1 месяц) - 200 грн.;
  • Абонемент на 12 посещений(срок действия 1 месяц) - 400 грн.;
  • Разовое посещение - 60 грн.
(ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ЗАНЯТИЙ ПО 1,5 ЧАСА)

Важка і звичайна вода

Наше деловое партнерство www.banwar.org

Світ несподівано облетіла сенсаційна новина: виявлена важка вода. Американський фізико-хімік Гарольд Юрі (1893-1981), в молодості виявляв великий інтерес до ядерної структурі речовини, вирішив використовувати спектроскопічний метод для вивчення водню. На цьому шляху йому супроводжувала велика удача, він відкрив важкий водень - дейтерій, передбачений ще Е. Резерфордом.

Гарольд Юрі

Гарольд Юрі

Виконані Г. Юри теоретичні розрахунки переконали що спроби поділу водню на ізотопи можуть при вести до цікавих результатів - до виявлення Новопо стабільного ізотопу водню.

Керуючись цими міркуваннями, Г. Юри доручив одному зі своїх учнів випарувати 6 л рідкого вдорода, і в кінці експерименту дослідники отримали залишок об'ємом близько 3 см3.

Найдивовижніше, що в результаті спектрального аналізу залишку було знайдено таке ж розташування ліній, яке було передбачене Г. Юри на основі теоретичних передумов.

Важкий водень - дейтерій був відкритий.

Про це Г. Юри повідомив в 1931 році на новорічному зборах Американської Асоціації розвитку науки в Нью-Орлеані. Подальші зусилля вченого були спрямовані на отримання зразка з високою концентрацією дейтерію. Це вдалося зробити за допомогою електролізу, газової дифузії, дистиляції води та інших методів. Різні пружності пара Н2 і HD дозволили Г. Юри, Ф. Брікведда і Г. Мерфі довести існування дейтерію. Опублікована Г. Юри спільно з співробітниками робота справила приголомшуюче враження на вчених різних галузей науки.

Багато фахівців сприймали цю звістку як щось фантастичне і спірне, але експериментальні факти показували, що важкий ізотоп водню реально існує.

Дейтерій почав свій складний шлях, а Г. Юри була вручена Нобелівська премія (1934).

Після відкриття дейтерію події розвивалися дуже швидко. Справа була тільки за експериментом, але це виявилося дуже складним технічним завданням. Важка вода була вперше виявлена ​​в природній воді Г. Юри і Е. Ф. Осборном в 1932 році.

У 1933 році в Каліфорнійському університеті США відомий фізико-хімік Г. Льюїс (1875-1946), іноземний почесний член АН СРСР (1942), і його колега Р. Макдональд вперше виділили з природної води практично чисту важку воду. У їх розпорядженні виявилося дуже невелика кількість нового безцінного з'єднання, всього лише 0,3 см3, вміст окису дейтерію в якому налічується понад 99%. Вчені провели складні експериментальні дослідження і визначили щільність важкої води при 25 ° С, але вона виявилася трохи нижче розрахункової. Роздумуючи над отриманими результатами, експериментатори прийшли до думки, що розбіжності, очевидно, пов'язані з тим, що кількість окису дейтерію в зразку становило не 100%, а трохи менше.

Подальший електроліз важкої води дозволив і збільшити її зміст, і концентрація окису дейтерію зросла до 99,99%, але обсяг проби при цих складних операціях знизився до 0,12 см3 - вельми малого обсягу, робота з яким приводила до величезних труднощів. Виміряна щільність, на велике розчарування дослідників, виявилася ще нижче.

Звичайно, вивчення важкої води в настільки мізерній кількості не виключає різних помилок, тому Г. Льюїс і Р. Макдональд усереднили отримані ними результати і за величину щільності взяли значення

d2525 = 1,088 * (за сучасними даними, 1,0775). (D2525 - відношення щільності важкої води при 25 ° С до щільності звичайної води при цій же температурі (25 ° С); безрозмірна величина)

Вони також встановили, що температура для D20 максимальної щільності становить 11,6 ° С (нагадаємо, що для звичайної води - 3,98 ° С).

Останнім передвоєнний п'ятиріччя інтенсивно вивчаються різні властивості важкої води, такі, як в'язкість, теплоємність, розчинність різних солей в D20.

У Норвегії відома фірма «Норск-Гідро» організовує виробництво D20, застосовуючи метод гідролізу морської води. Однак окупація Норвегії фашистською Німеччиною надовго перериває діяльність наукових центрів цієї країни, активно вивчають важку воду.

Остання довоєнна робота норвезьких фізиків з дослідження щільності важкої води відноситься до 1938 року і проведена в Інституті прикладної неорганічної хімії в Торндхейме. Фірма «Норск-Гідро» надала вченим зразки важкої води зі 100-відсотковим вмістом D20. Дослідження, виконане К. Стокландом, Е. Ронаессом і Л. Тронстадом, по своїй ретельності і точності належить до числа кращих робіт по вимірюванню щільності рідини. Для важкої води з нормальним ізотопним складом, т. Е. Містить ізотоп кисню 160, при 25 ° С було отримано значення щільності 1,10773, а для зразка з ізотопом 180 1,10775.

Головна заслуга цих вчених в тому, що вони виявили цікаве явище - звичайна вода в процесі перегонки (очищення) може змінювати свій ізотопний склад, отже, співвідношення між компонентами D2O: Н2160: Н2180 не завжди. А оскільки присутність важкої води експериментально встановлюється з порівняння щільності наявного зразка і нормальної, очищеної води, то навіть невелика перекомпонування в изотопах призводить до того, що в різних роботах щільність D20 варіює.

Так що ж це за несподівано відкрився феномен - важка вода? В одній із сучасних науково популярних книг сказано так: «Важка вода ні за кольором, ні за смаком, ні за запахом не відрізняється від звичайної, але у неї дещо інші фізичні властивості». Це слова А. Меркулова з роботи «Найдивніша на світлі рідина». Ось і чудово, залишається з'ясувати зовсім небагато, щоб мати про важкій воді конкретне уявлення. Який же смак, колір і запах у звичайної води? У Б. 3. Фрадкіна в «Білих плямах безмежного океану» легко знаходимо відповідь і на ці питання: «Вода є відмінним розчинником, безбарвна, не має ні запаху, ні смаку».

Нарешті ми і підійшли до самих витоків. Однак не так-то просто з'ясувати колір, смак і запах важкої води. Виявляється, як важка, так і звичайна вода не мають ні того, ні іншого, ні третього.

Академік Н. Д. Зелінський, дізнавшись про відкриття важкої води, писав в 1934 році: «Хто б міг подумати, що в природі існує ще інша вода, про яку ми до минулого року нічого не знали, вода, яку в дуже невеликій кількості ми щодня вводимо в свій організм разом з питною водою. Однак невеликі кількості цієї нової води, споживані людиною протягом життя, складають вже порядок величини, з яким не можна не рахуватися ». Розвиваючи свою думку, продовжував: «В еволюції хімічних форм в біосфері та літосфері важка вода не може не брати участі, і питання про те, в якій стадії такого еволюційного процесу знаходиться важка вода в нашу епоху, в стадії накопичення її в природі або в стадії деградації, є досить важливим і з точки зору обміну речовин в живих організмах, в якому вода грає першорядну роль. Все живе проводить через свій організм величезні маси звичайної води, а разом з нею і важку воду; який же вплив надає остання на життєві функції організму? Поки це невідомо, але такий вплив має бути безсумнівним ».

Важка вода, як з'ясували вчені, пригнічує все живе. Ось якими різко полярними властивостями відрізняються дейтерієва вода і звичайна - протиевой. Що ж стосується кольору, запаху і смаку, то вони проявляються у звичайній воді лише при розчиненні різних речовин, вміст яких становить іноді незначні частки відсотка, але і цього досить, щоб надати їй | характерну індивідуальність. Вода дуже різноманітна, і глибокий сенс криється в словах: в одну річку (воду) не можна увійти двічі.

кожна крапля водопровідної води проробляє складний шлях, перш ніж вирветься на свободу з системи міського водопостачання та зустрінеться з тими, хто її так потребує. Кожна з них могла б розповісти про важких дорогах через гори, долини, поля і ліси. Про геологічних породах, які витравлюють краплі на своєму шляху, збагачуючись різними солями Потім численні краплі потрапляють в відстійники міської водоочисної станції і, пройшовши систему фільтрів, перетворюються в питну воду. Однак чистота такої води, прийнятна для людини, явно недостатня для лабораторних цілей. У хімічних лабораторіях воду піддають додаткової очищенні - дистиляції. Сучасні експериментатори при невдачах часто грішать на забруднення води. Часом так воно є: адже вода-кращий розчинник з усіх відомих на Землі.

Вона раз у раз що-небудь обов'язково прихопить своєму шляху, перебуваючи в самій герметичній хімічній апаратурі. Навіть багаторазова перегонка води не зволяет отримати абсолютно чистий дистилят.

Основні фізико-хімічні константи звичайної і важкої води істотно розрізняються. Звичайна вода, її водяна пара і лід , Склад яких виражається хімічною формулою Н20, має молекулярну масу 18,0152 р Лід утворюється при 0 ° С (273 К), а закипає вода при 100 ° С (373 К). Ці параметри сприймаються як щось само собою зрозуміле. А насправді всі ці цифри - виняток. Ми вже говорили, що з'єднання, подібні воді і іменовані гідридами, що не рідини, а гази. Якщо вода була б схожа на них, то як рідина вона існувала б в зоні негативних температур.

Подібну метаморфозу слід було б очікувати і від важкої води, але все ж властивості її дещо інші. Важка вода перетворюється в лід при 3,813 ° С, а пара утворюється при 101,43 ° С. За в'язкості вона на 20% перевершує звичайну воду, а максимальна щільність спостерігається при температурі 11,6 ° С. Її хімічна формула D2O, де водень замінений на дейтерій, атомна маса якого в 2 рази більше. Окис дейтерію має молекулярну масу 20,027. Питома маса її на 10% вище, ніж у звичайної води. Ось чому вона і називається важкою водою.

Академік І. В. Петрянов-Соколов відзначає, що в даний час відомі три ізотопи водню: 1H, 2H (D), 3Н (Т). Найлегший з них - 1Н називається протієм. Майже цілком з нього складається звичайна вода, частково в ній міститься більше важкий водень - дейтерій (D) і надважкий тритій (Т). Зустрічаються три ізотопу кисню: 60, важкий 180 і зовсім небагато в природі 170. За допомогою сучасних потужних прискорювачів і реакторів фізики отримали ще п'ять радіоактивних ізотопів кисню: 130, 140, 150, 190, 20О. Тривалість їх життя дуже коротке - вона вимірюється кількома хвилинами, потім, розпадаючись, вони перетворюються в ізотопи інших елементів.

У складі звичайної води можна виявити не тільки важку воду. Тепер відома надважку воду Т20 (атомна маса тритію - Т дорівнює 3) і тяжелокіслородная вода, молекули якої містять замість атомів 160 атоми 170 і 180. Ізотопні різновиди води присутні в звичайній в ничтожнейших кількостях, в природних водах на один атом дейтерію доводиться 6500-7200 атомів водню 1Н, а щоб виявити один атом тритію, треба мати принаймні 1018 атомів 1H. Ось з якими кількостями доводиться сьогодні мати справу вченим, щоб вивчити деякі невідомі різновиди води.

А скільки ж всього ізотопних різновидів води може існувати? Виявляється, дуже багато.

На думку І. В. Петрянова-Соколова, теоретично можна взяти різні комбінації ізотопів водню і кисню, т. Е. Якщо кожен ізотоп кисню прореагує в аналогічному для води співвідношенні з ізотопу · ми водню - 1: 2, то з усього набору компонентів можна буде отримати 48 різновидів води.

Так, саме 48! Ця цифра не раз змусить нас серь · езно задуматися і з сумом зазначити, що ми чує: кому мало знайомі з водою. Як ні парадоксально ЕТС [звучить, але факт залишається фактом. З кількох десятків різновидів води велика частина існує лише теоретично, просто кажучи, тільки на папері. З 48 вод 39 - радіоактивні і всього лише 9 стабільні, т. Е. Стійкі: '

н21бо, н217о, Н218О, HD16O, HD17O, HD18O, D216O, D217О, D218O.

Але це число може істотно зрости, якщо підтвердиться повідомлення про наявність двох надважких відрядив 4Н і 5Н, тоді різних вод буде вже 120. Таким чином, відкриття будь-яких нових ізотопів водню і кисню буде різко підвищувати число теоретично можливих вод. Кожна з 9 стабільних вод, безсумнівно, володіє дуже специфічними фізико-хімічними властивостями, але на сьогодні це можна тільки припускати. Наші знання в цьому напрямку ще так скромні, що краще утриматися від будь-яких зіставлень і порівнянь. А коли доводиться чути і читати, що в даний час вивчені такі типи води; як 16Н20 (протиевой вода), т. е. звичайна, і 16D20 (важка вода), то залишається лише посміхнутися і з надією на майбутнє сказати: «Наші уявлення про воду ще недостатньо повні, хоча багато чого вже відомо. Радує лише те, що ми знаємо головне - шлях, по якому слід рухатися, щоб розкрити в перспективі багато таємниць води ».

Після виявлення важкої води вчені спочатку були настільки здивовані, що розглядали важку воду як хімічний курйоз. Однак здивування було недовгим. Італійський фізик Енріко Фермі, який проводив експерименти в галузі ядерної фізики, зрозумів, що важка вода має величезне військове значення. З тих пір події, що розвиваються навколо цієї дивної рідини, були сповнені драматизму і глибокої секретності. І все тому, що доля важкої води тісно переплітається з розвитком атомної енергетики. Така вода використовується в ядерних реакторах як теплоносій і сповільнювач нейтронів.

Як ми вже говорили, важка вода уповільнює біологічні процеси і пригнічує на живі організми. Мікроби в важкій воді гинуть, насіння не проростає, рослини і квіти в'януть при поливанні такою водою. Важка вода згубно впливає на тварин. А на людину? На жаль, про важкій воді нам відомо ще далеко не все. А що ж ми все-таки знаємо? Наприклад, знаємо, що в 1 т річкової води присутні близько 150 г важкою. В океанській воді її трохи більше: на 1 т припадає 165 м В озерах дейтерієвої води виявлено на 15-20 г більше, ніж у річках, з розрахунку на 1 т. Цікаво відзначити, що дощова вода містить більше окису дейтерію, ніж сніг. Такі відмінності здаються дивними, адже те й інше - опади атмосферного походження. Так, джерело один, а зміст важкої води різний.

Таким чином, річкові, озерні, грунтові і морські води вельми несхожі за ізотопним складом і, отже, як об'єкти, що використовуються для отримання важкої води, далеко не рівнозначні.

Висловлено багато всіляких гіпотез про властивості окису дейтерію, але вони базуються на дуже обмеженому експериментальному матеріалі. Дослідних даних для будь-яких остаточних висновків поки вкрай мало. Був час, коли її вважали «мертвою водою» і порожниста, що присутність важкої води в звичайній уповільнює обмін речовин, сприяє старінню організму. Випадки довгожительства на Кавказі деякі дослідники пов'язують з меншою кількістю окису дейтерію в гірських потоках льодовикового і атмосферного походження.

Виникнення пустель, зникнення оазисів і загибель навіть цілих цивілізацій давнини нерідко приписують накопичення окису дейтерію в питній воді. А чому океанська риба йде на нерест в річкові води? Чи не тому, що там менше дейтерію, ніж в морських? Можливо? Звичайно, можливо! Однак поки це все тільки гіпотези, туманні здогади, не підтверджені експериментальними результатами. Збільшення або зменшення процентного вмісту важкої води в звичайній і вплив цих змін на живі організми і рослини практично ще не вивчені. Безсумнівно, наука проллє світло на багато, що сьогодні становить предмет здогадів і непідтверджених гіпотез. Прийде час, коли багато типів ізотопних вод з 48 теоретично можливих людство почне широко застосовувати в самих різних областях: у медицині, в промисловості, в сільському господарстві і т. Д.

Так що ж це за несподівано відкрився феномен - важка вода?
Який же смак, колір і запах у звичайної води?
Все живе проводить через свій організм величезні маси звичайної води, а разом з нею і важку воду; який же вплив надає остання на життєві функції організму?
А скільки ж всього ізотопних різновидів води може існувати?
А на людину?
А що ж ми все-таки знаємо?
А чому океанська риба йде на нерест в річкові води?
Чи не тому, що там менше дейтерію, ніж в морських?
Можливо?