Сложная вода

Продолжаем раздел "Вода" и подраздел "Феномены" статьёй Сложная вода. Где речь пойдёт о том, что вода — на самом деле сложная вода. А не простая, как кажется на первый взгляд. 

Сложная вода — именно такое создаётся впечатление, когда читаешь интересную книгу "Вода знакомая и загадочная". Отрывок из которой мы и предлагаем вашему вниманию. 

Долгое время все и всюду считали, что вода — индивидуальное соединение, описываемое единственно возможной формулой H2O.

То, что это не так выяснилось только в 1932 году. Мир облетела сенсация: кроме воды обычной, в природе существует еще и тяжелая вода. В молекулах такой воды место водорода занимает его тяжелый изотоп — дейтерий.  Формула тяжелой воды D2O.  Собственно тяжелая вода D2O в природе находится в ничтожных количествах — в миллионных долях процента. Преобладает ее разновидность, состав которой можно выразить формулой HDO.  Так, например,   в Мировом океане содержится 1015 тонн HDO.  

Тяжёлая вода - компонент сложной воды

В небольших количествах тяжелая вода постоянно и повсеместно присутствует в природных водах, внешне совершенно не отличаясь от обычной воды. Различить их можно лишь по физическим характеристикам. В молекулу тяжелой воды входят атомы не легкого водорода — протия (1H), а его изотопа — дейтерия (2D), атом которого на единицу тяжелее протиевого, следовательно, молекулярный вес тяжелой воды на 2 единицы больше: 20, а не 18.

Следовательно, тяжёлая вода на 10% плотнее обычной, ее вязкость выше на 23%. Она кипит при 101,42°С, а замерзает при +3,8°С. 

Потому, что в состав обычной воды входит и вода тяжёлая, то обычную воду вполне правомерно назвать сложной водой.

Такие особенности позволяют понять неравномерность содержания тяжелой воды в тех или иных природных водах. Например, в замкнутых водоемах ее больше, так как по сравнению с обычной водой она испаряется менее интенсивно. Поэтому тяжелой воды больше в местностях с жарким климатом.

Тяжёлая вода - компонент сложной воды

Обогащается дейтерием и поверхность океана на экваторе и в тропиках, тем более что свою лепту вносят частые атмосферные осадки, при образовании которых идут процессы конденсации воды из паровой фазы (см. далее), а тяжелая вода конденсируется быстрее, чем легкая, следовательно, осадки обогащены тяжелой водой. Однако для океанской поверхности повышенное содержание тяжелой воды характерно лишь на низких широтах.

Вблизи полюсов свои особенности. В высоких южных широтах (в Антарктике) океанские воды заметно «легче». В этом сказывается влияние талых вод антарктических айсбергов, которые отличаются наиболее низким содержанием дейтерия на планете.

Сложная вода и живое

Открытия последних лет показали, что тяжелая вода играет немалую роль в биологических процессах. Это и понятно, ведь она является постоянной и повсеместной примесью природных вод. Систематическое изучение ее воздействия на животных и растения начато сравнительно недавно. Различные исследователи независимо друг от друга установили, что тяжелая вода действует отрицательно на жизненные функции организмов; это происходит даже при использовании обычной природной воды с повышенным содержанием тяжелой воды.

 

Подопытных животных поили водой, 1/3 часть которой была заменена водой состава HDO. Через недолгое время начиналось расстройство обмена веществ животных, разрушались почки. При увеличении доли тяжелой воды животные погибали. На развитие высших растений тяжелая вода также действует угнетающе; если их поливать водой, на половину состоящей из тяжелой воды, рост прекращается.

С другой стороны, пониженное содержание дейтерия в воде стимулирует жизненные процессы. Такие данные получили Б.И. Родимов и И.П. Торопов. Они долгое время наблюдали за растениями и животными, потреблявшими воду, в которой содержалось дейтерия на 25% ниже нормы. Оказалось, что, потребляя такую воду, свиньи, крысы и мыши дали потомство, гораздо многочисленнее и крупнее обычного, яйценоскость кур поднялась вдвое, пшеница созрела раньше и дала более высокий урожай.

Сложная вода — на самом деле ещё сложнее

Открытие тяжелой воды послужило толчком к выяснению более подробного состава воды. Вскоре была обнаружена сверхтяжелая вода Т20. В ее составе место водорода занимает его природный изотоп, еще более тяжелый, чем дейтерий. Это тритий (Т), он радиоактивен, атомная масса его равна 3. Тритий зарождается в высоких слоях атмосферы, где идут природные ядерные реакции. Он является одним из продуктов бомбардировки атомов азота нейтронами космического излучения. Ежеминутно на каждый квадратный сантиметр земной поверхности падают 8…9 атомов трития.

В небольших количествах сверхтяжелая (тритиевая) вода попадает на Землю в составе осадков. Во всей гидросфере одновременно насчитывается лишь около 20 кг Т20. Тритиевая вода распределена неравномерно: в материковых водоемах ее больше, чем в океанах; в полярных океанских водах ее больше, чем в экваториальных. По своим свойствам сверхтяжелая вода еще заметнее отличается от обычной: кипит при 104°С, замерзает при 4…9°С, имеет плотность 1,33 г/см3.

Перечень изотопов водорода не кончается тритием. Искусственно получены и более тяжелые изотопы 4H и 5H, тоже радиоактивные. Таким образом, возможно существование молекул воды, в которых содержатся любые из пяти водородных изотопов в любом сочетании: 

HTO, DTO, 4HTO, D5HO и так далее. 

Сложно? Усложным сложную воду ещё больше

Этим не исчерпывается сложность изотопного состава воды. Существуют также изотопы кислорода. В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева значится всем известный кислород 16O. Существуют еще два природных изотопа кислорода — 17О и 18O. В природных водах в среднем на каждые 10 тысяч атомов изотопа 16O приходится 4 атома изотопа "О и 20 атомов изотопа 18O.

По физическим свойствам тяжелокислородная вода меньше отличается от обычной, чем тяжеловодородная. Получают ее в основном перегонкой природной воды и используют как источник препаратов с меченым кислородом.

Помимо природных, существуют и шесть искусственно созданных изотопов кислорода. Как и искусственные изотопы водорода, они недолговечны и радиоактивны. Из них: 13O, 14O и 15O — легкие, 19О и 20O — тяжелые, а сверхтяжелый изотоп — 24O получен в 1970 году. 

То есть, в природе возможны такие варианты, как H217O, DH18O, TD17O, Т218О и так далее и тому подобные комбинации. 

Итак, вывод прост: простая вода — на самом деле сложная смесь из различных сочетаний различных природных аналогов водорода и кислорода. 

Какой из этого практический смысл? Ну, например, когда вам рассказывают о "структурированной" воде, вы можете спросить — а влияет структуризация на молекулы дейтериевой воды, тритиевой воды с различными изотопами кислорода? И если вам ответят "Да", то вы точно определите — перед вами шарлатан. Так как структуру воды никто ещё не изучил настолько глубоко. А если и изучил, то держит в секрете. 

Сложная вода

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.