Википедија

Тешка вода — разлика између измена

Интерактиван преглед историје
← Старија изменаНовија измена →
Садржај обрисан Садржај додат
ВизуелноВикитекст
Autobot (разговор | доприноси)
1.572.075 измена
м Разне исправке; козметичке измене
Ред 11:
| SystematicName =
| OtherNames = {{unbulleted list
|Деутеријум оксид<ref name=parpart1935>{{cite journal|last1last=Parpart|first1first=Arthur K.|title=The permeability of the mammalian erythrocyte to deuterium oxide (heavy water)|journal=Journal of Cellular and Comparative Physiology|date=December 1935|volume=7|issue=2|pages=153–162153-162|doi=10.1002/jcp.1030070202}}</ref>
|Water-''d''<sub>2</sub><ref name=svishchev1994>{{cite journal|last1last=Svishchev|first1first=I. M.|last2=Kusalik|first2=P. G.|title=Dynamics in liquid water, water-d2, and water-t2: a comparative simulation study|journal=The Journal of Physical Chemistry|date=January 1994|volume=98|issue=3|pages=728–733728-733|doi=10.1021/j100054a002}}</ref>
|Деутеријум моноксид}}
|Section1={{Chembox Identifiers
Ред 49:
| LogP = −1,38
| RefractIndex = 1,328
| Viscosity = 1,25 -{mPa s}- (на 20&nbsp; °-{C}-)
| Dipole = 1,87 -{D}-
}}
Ред 74:
Молекул тешке воде има два атома деутеријума уместо два атома протијума присутна у обично „лакој” води. Тежина молекула тешке воде, међутим, низе знатно различита од молекула нормалне воде, јер око 89% молекулске тежине воде потиче од једног атома [[кисеоник]]а, док два атома водоника сачињавају остатак. Колоквијални термин ''тешка вода'' се односи на високо обогаћену водену смешу која углавном садржи деутеријум оксид {{chem|D|2|O}}, али такође и делом водоник-деутреријум оксид (-{HDO}-) и малу количину обичног водоник оксида {{chem|H|2|O}}. На пример, тешка вода која се користи у [[КАНДУ]] реакторима је 99,75% обогаћена, што значи да је 99,75% атома водоника тешког типа. Поређења ради, [[Vienna Standard Mean Ocean Water|обична вода]] („обична вода” кориштена за деутеријумски стандард) садржи само око 156 атома деутеријума на милион атома водоника, што значи да су 0,0156% атома водоника тешког типа.
 
Тешка вода није [[radioactivity|радиоактивна]]. У својој чистој форми, она има око 11% већу густину од воде, али је иначе физички и хемијски слична. Ипак, многе разлике у води која садржи деутеријум (посебно у погледу биолошких својства) су веће него код било којег другог широко заступљеног једињења са [[isotopologue|супституисаним изотопима]], јер је деутеријум јединствен међу тешким [[stable isotope|стабилним изотопима]] по томе што је два пута тежи од свог лакшег изотопа. Ова разлика повећава [[bond energy|јачину]] водоник-кисеоник веза воде, и то је довољно да узрокује разлике које су важне у појединим биохемијским реакцијама. Људско тело природно садржи деутеријумски еквивалент од око пет грама тешке воде, што је безопасно. Кад је велика фракција воде (> 50%) у вишим организмима замењена тешком водом, долази до [[Cell (biology)|ћелијске]] дисфункције и смрти.<ref>{{Cite journal|pmid=10535697 |title=Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds |author1last=Kushner|first=D. J. Kushner |author2=Alison Baker |author3last3=Dunstall|first=T. G. Dunstall |journal=Can. J. Physiol. Pharmacol. |volume=77 |issue=2 |pages=79–8879-88 |dateyear=1999 |doi=10.1139/cjpp-77-2-79}}</ref>
 
Тешка вода је први пут произведена 1932. године, неколико месеци након открића деутеријума.<ref>{{cite web| url = http://www.columbia.edu/cu/chemistry/fac-bios/brus/group/pages/urey.html| title = Harold Clayton Urey (1893–1981)|website = [[Columbia University]]}}</ref> Са отркићем [[nuclear fission|нуклеарне фисије]] крајем 1938. године, и потребом за [[neutron moderator|неутронским модератором]] који заробљава неутроне, тешка вода је постала компонента раног истраживања [[Nuclear power|нуклеарне енергије]]. Од тада, тешка вода је била есенцијална компонента у појединим тимповима реактора, укључујући оне који се користе као електране и оне који су дизајнирани да производе изотопе за нуклеарно оружје. Ови [[heavy water reactor|реактори с тешком водом]] имају предност да могу да буду покретани природним уранијумом без употребе [[графит]]них модератора који представљају радиолошки хазард<ref>{{cite web|url=http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/ngwm-cd/PDF-Files/paper%2017%20(Holt).pdf |title=RADIOACTIVE GRAPHITE MANAGEMENT AT UK MAGNOX NUCLEAR POWER STATIONS |website=Pub-iaea.org |accessdate=2017-01-11. 01. 2017}}</ref> и могу да доведу до [[експлозија прашине]]<ref>{{cite web |url=http://cigr.ageng2012.org/images/fotosg/tabla_137_C0371.pdf |title=Archived copy |accessdate=2012-08-25. 08. 2012 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20140422132744/http://cigr.ageng2012.org/images/fotosg/tabla_137_C0371.pdf |archivedate=22. April4. 2014 |df=dmy-all }}</ref> у декомисионој фази. Већина модерних реактора користи [[enriched uranium|обогаћени уранијум]] са обичном водом као модератором.
 
== Друге тешке форме воде ==
Ред 83:
 
=== Вода са тешким кисеоником ===
Вода обогаћена тежим кисеоничним изотипима [[oxygen-17|{{chem|17|O}}]] и [[oxygen-18|{{chem|18|O}}]] је такође комерцијално доступна, e.g., за употребу при [[doubly labeled water|нерадиоактивном]] изотопском обележавању. То је „тешка вода” јер је гушћа од нормалне воде ({{chem|H|2}}{{chem|18|O}} је апроксимативно густа као {{chem|D|2|O}}, док је густина {{chem|H|2}}{{chem|17|O}} између густине {{chem|H|2|O}} и {{chem|D|2|O}}) — али се ретко назива тешком водом, јер не садржи деутеријум који даје -{D<sub>2</sub>O}- њена необична нуклеарна и биолошка својства. Она је скупља од -{D<sub>2</sub>O}-, јер је сепарација <sup>17</sup>O и <sup>18</sup>O тежа.<ref>Mosin, O. V, Ignatov, I. (2011) Separation of Heavy Isotopes Deuterium (D) and Tritium (T) and Oxygen (<sup>18</sup>O) in Water Treatment, Clean Water: Problems and Decisions, Moscow, No. 3–4, pp. 69–78.</ref> -{H<sub>2</sub><sup>18</sup>O}- се исто тако користи за продукцију [[fluorine-18|флуора-18]] за [[radiopharmaceutical|радиофармацеутске]] сврхе и [[positron emission tomography|позитронску емисиону томографију]].
 
=== Трицијумска вода ===
Ред 91:
 
[[Харолд Клејтон Јури|Харолд Јури]] је открио изотоп [[деутеријум]] 1931. године и касније је успео да га концентрише у води.<ref>{{cite journal
|author1last=Urey|first=H. C. Urey |author2last2=Brickwedde|first2=Ferdinand G. Brickwedde |author3last3=Murphy|first=G. M. Murphy | title = A Hydrogen Isotope of Mass 2
| journal = Physical Review
| date = 1932
| volume = 39
| pages = 164–165
| doi = 10.1103/PhysRev.39.164
|bibcode = 1932PhRv...39..164U
| issue=1}}</ref> Јуријев ментор [[Гилберт Њутон Луис]] је изоловао први узорак чисте тешке воде путем [[electrolysis|електролизе]] 1933. године.<ref>{{Cite journal| page = 341| year = 1933 | doi = 10.1063/1.1749300| last2 = MacDonald| first1first = G. N.| volume = 1| last1 last= Lewis| journal = The Journal of Chemical Physics | first2 = R. T.| title = Concentration of H2 Isotope| issue = 6|bibcode = 1933JChPh...1..341L |pages=341}}</ref><ref>{{cite journal
| author = Lewis
| title = The Isotopes of Hydrogen
| journal = Journal of the American Chemical Society
| year = 1933
| volume = 55
| pages = 1297–1298
| doi = 10.1021/ja01330a511
| issue = 3 }}</ref><ref>{{cite journal
| author = Washburn and Urey
| title = Concentration of the H<sup>2</sup> Isotope of Hydrogen by the Fractional Electrolysis of Water
| journal = Proc. Natl. Acad. Sci.
| year = 1932
| volume = 18
| pages = 496–8
| doi = 10.1073/pnas.18.7.496
| pmc=1076263
| pmid=16577457|bibcode = 1932PNAS...18..496W
| issue = 7
| last2 = Urey
| first2 = HC }}</ref> [[Ђерђ де Хевеш]] и Ерих Хофер су користили тешку воду 1934. године у једном од првих експеримената биолошког обележавања, да процене брзину промета воде у људском телу.<ref>{{cite journal |first1first= George de |last1last= Hevesy |first2= Erich |last2= Hofer |journal= Nature |volume= 134 |issue= 3397 |page= 879 |year= 1934 |doi= 10.1038/134879a0 |title= Elimination of Water from the Human Body |bibcode= 1934Natur.134..879H |pages=879 }}</ref> Историја продукције великих количина и употребе тешке воде у раним нуклеарним експериментима је дата испод.<ref>{{cite arXiv
| title =An Early History of Heavy Water
| author =Chris Waltham
| date = 20. June6. 2002
| eprint =physics/0206076
}}</ref> [[Emilian Bratu|Емилијан Брату]] и [[Otto Redlich|Ото Редлич]] су изучавали аутодисоцијацију тешке воде 1934. године.<ref>Em. Bratu, E. Abel, O. Redlich, Die elektrolytische Dissoziation des schweren Wassers; vorläufige Mitttelung, Zeitschrift für physikalische Chemie, 170, 153 (1934)
Ред 141:
 
{| class="wikitable"
|+ Физичке особине изотополога воде<ref>{{cite web|url=http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_properties.html |title=Water Properties (including isotopologues) |author= Martin Chaplin |date= |accessdate=2017-4. 12-04. 2017}}</ref>
|-
! Особина || -{D<sub>2</sub>O}- (Тешка вода) || -{HDO}- (Полутешка вода) || -{H<sub>2</sub>O}- (Обична (лака) вода)
|-
| [[Тачка топљења]] || style="text-align:center;"| 3,82&nbsp; °-{C}- (38,88&nbsp;°-{F}-) (276,97&nbsp;-{K}-)|| style="text-align:center;"| 2,04&nbsp; °-{C}- (35,67&nbsp;°-{F}-) (275,19&nbsp;-{K}-)|| style="text-align:center;"| 0,0&nbsp; °-{C}- (32&nbsp;°-{F}-) (273,15&nbsp;-{K}-)
|-
| [[Тачка кључања]] || style="text-align:center;"| 101,4&nbsp; °-{C}- (214,5&nbsp;°-{F}-) (374,55&nbsp;-{K}-) || style="text-align:center;"| 100,7&nbsp; °-{C}- (213,3&nbsp;°-{F}-) (373,85&nbsp;-{K}-) || style="text-align:center;"| 100,0&nbsp; °-{C}- (212&nbsp;°-{F}-) (373,15&nbsp;-{K}-)
|-
| [[Густина]] при [[Standard conditions for temperature and pressure|СТП]] (-{g/[[Литар|mL]]}-) || style="text-align:center;"| 1,1056 || style="text-align:center;"| 1,054 || style="text-align:center;"| 0,9982
|-
| Темп. максималне густине || style="text-align:center;"| 11,6&nbsp; °-{C}- || style="text-align:center;"| Непроверено || style="text-align:center;" | 3,98&nbsp; °-{C}-<ref>{{cite book |title=Chemistry and Chemical Reactivity, Volume 1 |edition=7th |first1first=John |last1last=Kotz |first2=Paul |last2=Teichel |first3=John |last3=Townsend |publisher=Cengage Learning |dateyear=2008 |isbn=978-0-495-38711-4 |page=15 |url=https://books.google.com/books?id=a9emw3FvCrAC|pages=15}} [https://books.google.com/books?id=a9emw3FvCrAC&pg=PT43 Extract of page 15]</ref>
|-
| [[Вискозност флуида|Динамичка вискозност]] (на 20&nbsp; °-{C}-, [[millipascal|-{mPa}-]]·[[second|-{s}-]]) || style="text-align:center;"| 1,2467 || style="text-align:center;"| 1,1248 || style="text-align:center;"| 1,0016
|-
| [[Површински напон]] (на 25&nbsp; °-{C}-, -{[[Newton (unit)|N]]/[[Metre|m]]}-)<!--- 1 dyn-cm = 0.1 μJ = 100 nJ ---> || style="text-align:center;"| 0,07187 || style="text-align:center;"| 0,07193 || style="text-align:center;"| 0,07198
|-
| [[Топлота топљења]] (-{[[joule|kJ]]/[[mole (unit)|mol]]}-) || style="text-align:center;"| 6,132 || style="text-align:center;"| 6,227 || style="text-align:center;"| 6,00678
Ред 162:
| style="text-align:center;" | 40,657
|-
| [[pH вредност|-{pH}-]] (на 25&nbsp;°-{C}-)<ref name="discussion of pD">[http://www.nuceng.ca/candu/pdf/15%20-%20Chemistry%20in%20CANDU%20Process%20Systems.pdf discussion of pD],</ref> || style="text-align:center;"| 7,44 (-{pD}-) || style="text-align:center;"| 7,266 (-{pHD}-) || style="text-align:center;"| 7,0
|-
| [[Base dissociation constant|-{p''K''<sub>b</sub>}-]] (на 25&nbsp; °-{C}-)<ref name="discussion of pD"/> || style="text-align:center;"| 7,44 (-{p''K''<sub>b</sub> D<sub>2</sub>O}-) || style="text-align:center;"| Непроверено || style="text-align:center;" | 7,0
|-
| [[Индекс преламања]] (на 20&nbsp; °-{C}-, 0,5893 [[метар|-{μm}-]])<ref>{{cite web |url=http://refractiveindex.info/?group=LIQUIDS&material=Heavy_water|title=RefractiveIndex.INFO |accessdate=21. January1. 2010}}</ref> || style="text-align:center;"| 1,32844 || style="text-align:center;"| Непроверено || style="text-align:center;" |1,33335
|}
 
Физичка својства воде и тешке воде разликују се у неколико аспеката. Тешка вода је мање дисоцирана од лаке воде на датој температури, и права концентрација -{D}-<sup>+</sup> јона је мања него што би била концентрација {{H+}} јона у узорку лаке воде на истој температури. Исто важи за однос -{OD}-<sup>−</sup> и {{OH-}} јона. За тешку воду -{Kw D<sub>2</sub>O}- (25,0&nbsp; °-{C}-) = 1,35 × 10<sup>−15</sup>, и [-{D}-<sup>+</sup>{{hsp}}] мора бити једнако [-{OD}-<sup>−</sup>{{hsp}}] за неутралну воду. Стога -{pKw D<sub>2</sub>O = p[OD<sup>−</sup>] + p[D<sup>+</sup>]}- = 7,44 + 7,44 = 14,87 (25,0&nbsp; °-{C}-), и -{p[D<sup>+</sup>]}- неутралне воде на 25,0&nbsp; °-{C}- је 7,44.
 
-{pD}- тешке воде се генерално мери користећи -{pH}- електроде што даје -{pH}- вредности, или -{pHa}-, и на разним температурама праве киселинске -{pD}- вредности се могу проценити из директно мерених -{pHa}- вредности -{pH}- метром, тако да је -{pD}-+ = -{pHa}- (очитавање са -{pH}- метра) + 0,41. Електродна корелација за алкалне услове је 0,456 за тешку воду. Алкална корелација је -{pD}-+ = -{pH<sub>a</sub>}-(очитана вредност са -{pH}- метра) + 0,456. Ове корелације се донекле разликују од одступања у -{p[D+]}- и -{p[OD-]}- од 0,44 од кореспондирајућих у тешкој води.<ref>[http://www.nuceng.ca/candu/pdf/15%20-%20Chemistry%20in%20CANDU%20Process%20Systems.pdf discussion of pD+],</ref>
 
Тешка вода је 10,6% гушћа од обичне воде, и физички различита својства тешке воде се могу видети без опреме ако се замрзунути узорак испусти у нормалну воду, јер ће потонути. Ако је вода ледено хладна, виша тачка топљења тешког леда се исто тако може уочити: он се топи на 3,7&nbsp; °-{C}-, и стога се не топи у нормалној ледено хладној води.<ref>{{cite web |url=http://www.popsci.com/popsci/how20/a07160a72252c010vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html |title=How 2.0 |accessdate=21. January1. 2008 |last=Gray |first=Theodore |dateyear=2007 |website= |publisher=Popular Science |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20071216010940/http://www.popsci.com/popsci/how20/a07160a72252c010vgnvcm1000004eecbccdrcrd.html |archivedate=16. December12. 2007 |df=dmy-all }}</ref>
 
Један рани експеримент је утврдио да нема никакве разлике у укусу између обичне и тешке воде.<ref>{{cite journal|url=http://www.sciencemag.org/cgi/content/citation/81/2098/273-a |title= CONCERNING THE TASTE OF HEAVY WATER|doi=10.1126/science.81.2098.273-a |date=15. March03. 1935. |accessdate=14. August8. 2010 |volume=81 |issue= 2098|journal=Science |page=273|bibcode = 1935Sci....81..273U |pmid=17811065 | last1 last= Urey | first1first = HC | last2 = Failla | first2 = G|pages=273}}</ref> Међутим, пацови који су имали избор између дестиловане нормалне и тешке воде су успешно избегавали тешку воду на бази мириса, и могуће је да тешка вода има различити укус.<ref>{{cite journal|doi=10.1016/0031-9384(79)90124-0 |title= Taste responses to deuterium oxide | volume=23 |journal=Physiology |pages=69–7469-74 |year=1979 | last1 last= Miller | first1first = Inglis J. | last2 = Mooser | first2 = Gregory}}</ref> Неки људи су известили да тешка вода производи „горућу сензацију или сладак укус”.
 
== Референце ==
Ред 181:
 
== Спољашње везе ==
{{Commons categoryCommonscat|Heavy water}}
* [http://www.fas.org/nuke/intro/nuke/heavy.htm Чланак Федерације америчких научника] о производњи тешке воде
* [https://web.archive.org/web/20040721172828/http://www.cns-snc.ca/Bulletin/A_Miller_Heavy_Water.pdf Тешка вода: Произвођачки водич за хидрогенски век] (ПДФ)
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/wiki/Тешка_вода”