Живая и мертвая, легкая и тяжелая вода

В феврале 1944 года в районе норвежской долины Ръюкан разворачивалась диверсионная операция союзных войск «Тяжелая вода», целью которой было препятствование созданию нацистской Германией атомного заряда. Станцию Веморк, на которой шло производство сырья для научных исследований, удалось взорвать. Позже выяснилось, что даже в случае провала операции работы по созданию бомбы все равно гитлеровцы не успели бы завершить. Но в начале 1944 года об этом никто не знал…

тяжелая вода

Физико-химические свойства тяжелой воды

Формулу обычной воды сегодня знает каждый школьник, но человечеству она известна лишь немногим более двух веков. Отрыта она была в 1805 году Гей-Люссаком и Гумбольдтом, которые установили, что каждая молекула самой распространенной на Земле жидкости состоит из одного атома водорода и двух кислорода. 1932 год дополнил это знание новой информацией. В каждом глотке чая, кофе и любого другого напитка кроме Н2О есть, правда, совсем немного другой составляющей, отличающейся тем, что водород-протий заменен на дейтерий D, тяжелый изотоп этого химического элемента таблицы Менделеева. Соединению было присвоено название «тяжелая вода». Получение ее через год Ричардом Макдональдом и Гербертом Льюисом в чистом виде открыло возможность для научных исследований. Сравнение свойств легкой и тяжелой воды показало, что плотность и вязкость D2O больше, чем у Н2О. Это полностью соответствовало теоретическим расчетам. Разница в 10% соответствует соотношению молекулярных весов протия (легкого водорода) и дейтерия, 18 и 20 соответственно. Отличаются температуры кипения и замерзания, у тяжелой воды они выше (101,42 и +3,8 градусов Цельсия соответственно).

сравнение свойств легкой и тяжелой воды

Действие тяжелой воды на живые организмы

Несмотря на то, что D2O в воде присутствует в очень малых количествах (миллионные доли процента), его содержание оказывает влияние на жизнедеятельность организмов. Чаще встречается тяжелая вода, в которой изотоп заменил не два, а один атом водорода, ее формула HDO. Действие обеих разновидностей на обмен веществ определяется как угнетающее, подопытные животные умирают от почечной недостаточности при употреблении смеси H2O и HDO в соотношении 3 к 1. При поливе растений этим соединением прекращается их рост. И напротив, чем меньшую долю занимает тяжелая вода, тем активнее идут жизненные процессы. Интересный факт - чем ближе к полюсам, тем вода «легче».

Применение тяжелой воды

тяжелая вода получение

Тяжелая вода служит замедлителем быстрых нейтронов при термоядерных реакциях. Из единицы массы дейтерия можно извлекать энергии в десять миллионов раз больше, чем при сжигании того же количества угля. Дальнейшие исследования природы изотопов выявили наличие в атмосфере и возможность лабораторного получения сверхтяжелой воды Т20, в которой место водорода занимает радиоактивный тритий с атомной массой, равной 3. Полученные искусственным путем изотопы водорода 4H и 5H также могут совместно с кислородом образовывать сверхтяжелую воду, их используют в качестве «меченых атомов» при проведении научных экспериментов.