Вы когда-нибудь слышали о тяжелой воде? Этот не самый привычный термин обозначает разновидность воды, чьи свойства изучают по всему миру. Разберемся, что такое тяжелая вода и где она применяется.
Что такое тяжелая вода и где применяется
Тяжеловодородную воду, или оксид дейтерия, впервые обнаружили в природных условиях в 1932 году, а уже в 1933 году молекулы выделили лабораторным путем. Развитие атомной энергетики запустило активные исследования и использование соединения.
В этом соединении два атома водорода (H) заменены двумя атомами изотопа водорода с одним протоном и одним нейтроном — дейтерия. Химическая формула — D2O. Из-за такой замены ее молекулярная масса на 20-25% больше обыкновенной H2O. Простыми словами, тяжелая вода — это такое новое атомное соединение на основе обычной воды.
Что мы знаем о тяжеловодородной воде:
- У нее другой атомный состав: молекула привычной воды состоит из протия (обычный водород) с одним протоном и нулем нейтронов, тогда как в здесь его заменил дейтерий (изотоп водорода), чье ядро составляют один протон и один нейтрон.
- У нее отличаются физические свойства: выше плотность, точки замерзания и кипения.
- В небольших объемах она присутствует в обычной воде. Ее также получают искусственным путем, например, с помощью дистилляции или изотопного обогащения.
- Немного истории: оксид дейтерия стал объектом интереса в годы Второй мировой войны, когда нацисты пытались захватить его запасы в Норвегии для своей ядерной программы. Операция союзных войск по уничтожению запасов известна как Операция "Ганнерсайд".
Мы рассмотрели, что такое тяжелая вода. Но где она используется? Оказывается, в различных областях науки и промышленности. Вот самые распространенные:
- Ядерная энергетика. Применяется в ядерных реакторах как модератор нейтронов. В реакторах (например, графитированных) она замедляет нейтроны, что позволяет поддерживать ядерные реакции деления.
- Разнообразные исследования в ядерной и атомной физике.
- Производство изотопов для медицинских, научных или промышленных целей.
- Нейтронография. Этот метод неразрушающего контроля позволяет визуализировать внутренние структуры и состав материалов, используя нейтроны.
- Реакции химического синтеза. Здесь она применяется в качестве реакционного растворителя или катализатора.
- Производство полупроводников.
- Очистка ядерного топлива. В некоторых процессах обогащения и переработки ядерного топлива тяжеловодородная вода используется для разделения и очистки материалов.
- Автомобильная промышленность. Эксперименты проводятся в рамках разработки водородных топливных элементов. Исследователи полагают использовать оксид дейтерия как катализатор для производства электроэнергии. По их задумке, это внесет большой вклад в снижение вредных выбросов и сделает транспорт экологически чище.
Вредна ли она
Тяжелая вода (D2O) в небольших количествах, которые могут естественно присутствовать в обычной воде, не является опасной для здоровья человека. Такая вода безопасна для питья и обычного использования, так как дейтерий, несмотря на различия в атомарной массе, не обладает радиоактивностью и не является токсичным веществом.
Одно время был распространен миф, что процентное соотношение тяжелой воды в жидкости увеличивается при кипячении. Ученые доказали, что испарение никак не влияет на предельно допустимую концентрацию дейтерия. По их расчетам, чтобы получить литр с его небезопасным содержанием, в чайник нужно долить жидкости, чья масса в 300 млн раз превышает массу Земли. Так что на вкус по-прежнему влияют концентрация солей, соприкосновение со стенками чайника и органические примеси.
Что будет, если выпить тяжёлую воду?
Если человек выпьет небольшое количество тяжелой воды, которое естественно присутствует в обычной питьевой воде, это не приведет ни к каким вредным последствиям для его здоровья. Организм способен обработать незначительное количество дейтерия без проблем.
Однако употребление больших доз может вызвать нежелательные эффекты. Какие проблемы могут возникнуть из-за характеристик дейтерия:
- Замедленный обмен веществ: в больших количествах дейтерий способен встраиваться в молекулы ДНК, РНК и другие биологически активные молекулы, что замедляет их обмен вещества и нарушает нормальные биохимические процессы.
- Токсическое воздействие.
- Ядерные реакции: попадание больших доз в организм способно вызвать ядерные реакции на клеточном уровне, что может повредить ткани и органы.
Стоит отметить, что случаи употребления большого количества тяжелой воды крайне редки. Случайные люди обычно не имеют доступа к ее значительным запасам, и она не предназначена для питья или употребления в пищу. А профессионалы осведомлены о рисках при работе с химическими соединениями.
Итого, в обычных условиях и при умеренном потреблении тяжелой воды нет опасности для здоровья человека. Однако использование дейтерия должно быть ограничено промышленными и научными целями, где он используется в соответствии с мерами безопасности работы.
Выводы
Тяжелая вода имеет широкий спектр применения в науке и промышленности, но не представляет угрозы для здоровья человека при случайном контакте. Она присутствует в следовых количествах в питьевой воде, но это абсолютно безопасно. Однако осторожность и соблюдение соответствующих правил важны при работе с большими количествами соединения.
Популярные статьи
3.4
Под заказ
Под заказ
3.44
Под заказ
3.45
Под заказ
