Почему эта вода тяжелее обычной на 11%: в чём секрет редкого водорода

✦ ИИ  Этот пост, предположительно, был создан при помощи искусственного интеллекта
Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Вода кажется нам одним из самых привычных и важных веществ на Земле. Мы пьём её каждый день, видим в реках, морях и дождях. Со школьных времён всем известна простая формула H₂O. Но если мы возьмём два одинаковых стакана с водой и поставим их на весы, один из них вполне может оказаться на 11% тяжелее другого.

Кажется, что такого не может быть, или жидкости в стаканах абсолютно разные. Но это не так: в природе существует не только привычная нам вода, но и её двойник, под названием тяжёлая вода с формулой D₂O. И нет, это не какая-то искусственная вода. Обе эти жидкости имеют полностью естественное происхождение, состоят из водорода и кислорода и встречаются прямо вокруг нас. Но одна из них способна меняться в физических свойствах, влиять на ход ядерных реакций и останавливать биологические процессы в живых организмах.

Автор: ИИ Flow Источник: labs.google

В чём разница между обычной и тяжёлой водой

Понятно, что тяжёлая вода имеет больший вес, чем её обычный аналог. Состоят обе воды из водорода и кислорода, так откуда же берётся лишний вес? Чтобы это понять, нужно заглянуть на атомный уровень. Молекула обычной воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В 99,98% случаев водород на Земле представлен самым простым его изотопом (разновидностью атома одного и того же элемента) под названием протий.

Но у водорода есть ещё один изотоп (разновидность) под названием дейтерий. Из-за содержания дополнительного нейтрона в атоме дейтерия, ядро дейтерия тяжелее ядра протия в два раза.

Когда два атома дейтерия соединяются с атомом кислорода, получается оксид дейтерия с формулой D₂O, или тяжёлая вода. А когда два атома протия соединяются с одним атомом кислорода, получается оксид протия, или привычная нам вода H₂O.

Тяжёлая вода имеет не только больший вес, но и другие физические свойства: к примеру, она замерзает при температуре +3,82 °C. При этом её лёд сразу утонет в обычной воде. А вот внешне D₂O неотличима от H₂O: она прозрачная, не имеет цвета и запаха.

Где на Земле встречается тяжёлая вода

Тяжёлая вода всегда присутствовала в гидросфере Земли с момента её формирования. Она буквально встречается в разных количествах во всех водоёмах и даже во льдах. Однако её количество крайне мало. Если отойти от вычислений и других аспектов, можно условно сказать, что на Земле одна молекула тяжёлой воды попадается на миллионы молекул обычной воды. К слову, гораздо чаще можно встретить в природе полутяжёлую воду, но это уже тема другой публикации.

В целом в масштабах всей Земли содержатся миллионы тонн дейтерия, но образование D₂O является крайне редким.

Кто и когда открыл тяжёлую воду

Существование дейтерия теоретически предсказывали ещё в 1920-х годах, но выделить его экспериментально удалось только в 1931-1932 годах. Это сделал учёный из США Гарольд Юри вместе со своими коллегами. За открытие дейтерия через два года Гарольд получил Нобелевскую премию в области химии.

Спустя всего два года путям определенных химических проццессов другой ученый из америки смог получить уже чистый образец тяжёлой воды.

Где используется тяжёлая вода

Главная ценность D₂O заключается в её уникальных ядерно-физических свойствах. Она применяется в качестве замедлителя нейтронов и теплоносителя в атомных реакторах (например, типа CANDU). Это позволяет использовать в качестве топлива природный необогащённый уран.

В ядерно-магнитном резонансе D₂O используют как растворитель, не дающий помех при анализе органических соединений. Также тяжёлая вода важна для физики элементарных частиц. Здесь её используют в огромных резервуарах, применяя для детектирования солнечных нейтрино. Ещё D₂O используют в фармацевтике, так как некоторые лекарства с дейтерием разрушаются в организме медленнее, что позволяет уменьшить дозировку и токсичность препаратов.

Пример использования тяжёлой воды в ядерных реакторах, Китай
Пример использования тяжёлой воды в ядерных реакторах, Китай
Автор: Atomic Energy of Canada Limited Источник: ru.wikipedia.org

Можно ли пить тяжёлую воду

Наверное, у вас мог возникнуть вопрос: а можно ли пить тяжёлую воду? Короткий ответ: от нескольких глотков ничего не произойдёт, но пить её вместо обычной воды смертельно опасно. Как отмечают некоторые исследователи, тяжёлая вода имеет слегка сладковатый привкус, связанный с воздействием дейтерия на вкусовые рецепторы. В малых дозах она абсолютно безвредна, к примеру, в организме каждого человека естественным образом содержится несколько граммов дейтерия.

Однако химические связи с участием дейтерия прочнее, чем с участием протия. Это меняет скорость протекания биохимических процессов. Этот эффект, как говорилось выше, может применяться в фармацевтике, но при длительном воздействии на организм человека и при больших количествах тяжёлая вода не подходит для употребления ни человеку, ни какому-либо другому животному. В то же время некоторые растения и бактерии переносят высокую концентрацию D₂O лучше, хотя их рост при этом значительно замедляется.

На этом у меня всё, надеюсь вам было интересно. Спасибо всем за внимание.

Изображение в превью:
Автор: ИИ Flow
Источник: labs.google

2 комментария

matrixart
А еще немецкая ядерная программа пошла по пути реакторов на тяжелой воде. Хорошо, что они выбрали не правильный путь, иначе бы сейчас все было немножко по другому.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

В 1960 году ученые рассчитали дату конца света — 13 ноября 2026 года. Почему апокалипсис отменился?

В ноябре 1960 года в авторитетном американском журнале Science вышла статья с необычно точным утверждением. Физик Хайнц фон Фёрстер и его коллеги Патриция Мора и Лоуренс Амиот заявили, что...

Зачем в советских зданиях делали стены из мутных стеклянных кирпичей

За ними угадывался свет, но почти ничего нельзя было разглядеть. Зеленоватые квадраты встречали нас в бассейнах, на школьных лестницах, в поликлиниках и заводских коридорах. В солнечный день они...

У ZEROO появилась стильная новинка — смотрим на японские часы с микроротором

Коллекция «Classic» японского часового бренда пополнилась большой подборкой часов с микроротрными механизмами. Здесь теперь можно найти как базовые модели с малой секундной стрелкой, так и часы с...

Почему белой медведице нужна берлога, а самцы обычно обходятся без неё даже зимой

Белый медведь идёт по заснеженному льду, останавливается возле полыньи, принюхивается. Вокруг мороз, ветер, а укрываться он, похоже, никуда не собирается. Для него это обычная зима. Но в...

Погрешность в 2 мкм: как сервопривод головки Nakamichi Dragon убрал глухой звук кассет

При стандартной скорости движения компакт-кассеты 4,76 см/с длина волны звукового сигнала частотой 20 кГц на магнитной ленте составляет ровно 2,38 мкм. Если сердечник воспроизводящей головки...

«Атака »русской горбуши"": как советский эксперимент вынудил Норвегию потратить $7 млн на ловушки с ИИ

В июле 2023 г. природоохранное ведомство Норвегии зафиксировало критическую отметку: в реки северных губерний Финнмарк и Тромс одновременно зашли свыше четверти миллиона особей тихоокеанской...