Вопрос о 1 и 2 методе замораживания

Добрый день! У меня возник вопрос по статье (адрес статьи www.o8ode.ru/article/answer/talaya/easywater.htm) о талой воде, точнее говоря о несоответствии, которое я нашёл. А именно: в 1-м методе приготовления талой воды сказано, что "сначала замерзает чистая вода, большинство же примесей остается в растворе", во 2-м методе утверждается наоборот, что "молекулы тяжёлой воды, замерзают раньше, чем обычная вода", в следствии чего самый первый лёд необходимо убирать! Здесь явное противоречие! Да и в самом 1-м методе это противоречие тоже есть, если внимательно прочитать!

Здравствуйте, Валерий!

Ничего противоречивого здесь нет. Целью данной статьи было отразить все имеющиеся в литературе методы получения талой воды. А уж насколько они противоречивы, пусть читатель решает сам.

Тяжёлая (оксид дейтерия) вода действительно замерзает при более высокой температуре (+3,8 С), чем обычная вода (0 С), т.е. быстрее.

Метод № 1 – самый простой метод приготовления талой воды.

Метод № 2 ориентирован на удаление из воды дейтерия в виде тяжёлой воды. Именно поэтому там написано, что нужно удалять первые образующиеся льдинки.

От тяжёлой воды нелегко избавиться, поскольку тяжёлая вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная вода, но вместо атомов водорода содержит два тяжёлых изотопа водорода — атомы дейтерия. Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как: D₂O или ²H₂O. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без вкуса и запаха.

В природных водах соотношение между тяжёлой и обычной водой составляет 1:5500 (в предположении, что весь дейтерий находится в виде тяжёлой воды D₂O, хотя на самом деле он частично находится в составе полутяжёлой воды HDO).

Тяжёлая вода токсична в высоких концентрациях, химические реакции в её среде проходят несколько медленнее, по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных. Эксперименты над млекопитающими показали, что замещение 25% водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, более высокие концентрации приводят к быстрой гибели животного. Однако некоторые микроорганизмы способны жить в 70%-ной тяжёлой воде) (простейшие) и даже в чистой тяжёлой воде (бактерии).

Табл. Физические свойства обычной и тяжёлой воды

Физические свойства

D2O

H2O

Молекулярная масса

20

18

Плотность при 20 C (г/см3)

1,1050

0,9982

T кристаллизации (C)

3,8

0

T кипения (C)

101,4

100

В природе существует также и полутяжёлая (или дейтериевая) вода, у которой только один атом водорода замещен дейтерием. Формулу такой воды записывают так: DHO.

Вообще, термин тяжёлая вода применяют также по отношению к воде, у которой любой из атомов заменен тяжёлым изотопом:

к тяжёлокислородной воде (в ней лёгкий изотоп кислорода ¹⁶O замещен тяжёлыми изотопами ¹⁷O или ¹⁸O).

к тритиевой и сверхтяжёлой воде (содержащей вместо атомов ¹H его радиоактивный изотоп тритий ³H). 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. Сверхтяжелую воду применяют в термоядерных реакциях. Она удобнее дейтериевой, так как чувствительнее в определении.

Перечень изотопов водорода не кончается тритием. Искусственно получены и более тяжелые изотопы⁴H и ⁵H,тожерадиоактивные.

Если подсчитать все возможные различные соединения с общей формулой Н₂О, то общее количество возможных «тяжёлых вод» достигнет 48. Из них 39 вариантов — радиоактивные, а стабильных вариантов всего девять:

Н₂ ⁶O, Н₂¹⁷O, Н₂¹⁸O, HD¹⁶O, HD¹⁷O, HD¹⁸O, D₂¹⁶O, D₂¹⁷O, D₂¹⁸O.

Таким образом, возможно существование молекул воды, в которых содержатся любые из пяти водородных изотопов в любом сочетании.

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 – ¹⁷O и ¹⁸O. В природных водах в среднем на каждые 10 тысяч атомов изотопа ¹⁶O приходится 4 атома изотопа ¹⁷O 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, ¹⁹O и ²⁰O – тяжелые, а сверхтяжелый изотоп – ²⁴O получен в 1970 году.

Существование пяти водородных и девяти кислородных изотопов говорит о том, что изотопных разновидностей воды может быть 135.

Именно поэтому важно очищать воду от тяжёлых изотопов и прежде всего от дейтерия. Тяжёлая вода несовместима с жизнью и что высокие концентрации тяжёлой воды могут приводить к ингибированию многих жизненно-важных мутаций, включая блокировку митоза в стадии профазы, и даже в некоторых случаях вызывать спонтанные мутации. Клетки животных способны выдерживать до 25-30% тяжёлой воды в среде, растений (50%), а клетки простейших микроорганизмов способны жить на 80% тяжелой воде.

Тяжёлая вода высокой концентрации токсична для организма; химические реакции в её среде проходят несколько медленнее, по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных.

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.

Полное удаление дейтерия и других тяжёлых изотопов из воды привело бы к ускорению обменных процессов в организме человека, а, следовательно, к увеличению его физической и интеллектуальной активности. Организм человека почти на 70% состоит из воды. И в этой воде 0,015% дейтерия. По количественному содержанию (в атомных процентах) он занимает 12-е место среди химических элементов, из которых состоит организм человека. В этом отношении его следует отнести к разряду микроэлементов. Содержание таких микроэлементов как медь, железо, цинк, молибден, марганец в нашем теле в десятки и сотни раз меньше, чем дейтерия. Что же случится, если удалить весь дейтерий? На этот вопрос науке еще предстоит ответить. Пока же несомненным является тот факт, что, меняя количественное содержание дейтерия в растительном или животном организме, мы можем ускорять или замедлять ход жизненных процессов.

С уважением,

О. В. Мосин