Важка вода

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Важка вода
Heavy-water-2D-dimensions.svg
Heavy-water-3D-vdW.svg
Інші назви оксид дейтерію
Ідентифікатори
Номер CAS 7789-20-0
PubChem 24602
SMILES
Властивості
Молекулярна формула D2O, 2H2O
Молярна маса 20,04 г/моль
Зовнішній вигляд безбарвна рідина без запаху і смаку
Густина 1,1042 г/см³
Тпл 3,81 °C
Ткип 101,43 °C
Розчинність (вода) необмежена
Розчинність (діетиловий етер) малорозчинна
Розчинність (етанол) необмежена
Тиск насиченої пари 10 мм рт. ст. при 13,1 °C
100 мм рт. ст. при 54 °C
Показник заломлення (nD) 1,32844 (при 20 °C)
В'язкість 1,25 мПа·с (при 20 °C)
Дипольний момент 1,87 D
Небезпеки
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
1
1
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Важка́ вода́ (D2O) — вода, молекула якої складається з двох атомів дейтерію та атома оксигену. Вода з формулою HDO називається напівважкою, а H2O — легкою.

Порівняння фізичних властивостей важкої та легкої води[ред.ред. код]

Молекула важкої води доволі суттєво відрізняється за масою від молекули легкої води, внаслідок чого помітно відрізняються також фізичні властивості.

Властивість D2O (Важка вода) H2O (легка вода)
Температура замерзання (°C) 3,82 0,0
Температура кипіння (°C) 101,4 100,0
Густина при нормальних умовах (г/мл) 1,1056 0,9982
Температура максимальної густини (°C) 11,6 4,0
В'язкість (при 20 °C, мПа·с) 1,25 1,005
Поверхневий натяг (при 25 °C, мкДж) 7,193 7,197
Теплота плавлення (кал/моль) 1,515 1,436
Теплота випаровування (кал/моль) 10,864 10,515
pH (при 25 °C) 7,41 (іноді позначається «pD») 7,00
Показник поглинання (при 20 °C, на довжині хвилі 589,3 нм)[1] 1,32844 1,33335

Поширення у природі[ред.ред. код]

Природна вода містить невелику кількість атомів дейтерію у складі молекул напівважкої води HDO. Одна така молекула припадає на 3200—3800 молекул легкої води. Важкої води з формулою D2O дуже мало, оскільки ймовірність двох атомів дейтерію зустрітися у складі однієї молекули в природі мала (близько 0,5×10−7).

Отримання[ред.ред. код]

Концентрація атомів дейтерію збільшується при електролізі, оскільки на електродах виділяється відносно вища доля протію. Основним методом отримання важкої води є багаторазовий електроліз.

Використання[ред.ред. код]

Важка вода використовується як сповільнювач нейтронів у ядерних реакторах. Таке використання зумовлене тим, що на відміну від легкої води, важка вода поглинає набагато менше нейтронів.

Біологічна роль та фізіологічна дія[ред.ред. код]

Важка вода слабо токсична, хімічні реакції в її середовищі проходять дещо повільніше у порівнянні зі звичайною водою, водневі зв'язки з участю дейтерію дещо сильніші від звичайних. Експерименти над ссавцями (миші, щури, собаки)[2] показали, що заміщення 25 % протію в тканинах дейтерієм призводить до стерильності, іноді незворотної[3][4]. Вищі концентрації призводять до швидкої загибелі тварини; так, ссавці, що пили важку воду протягом тижня, загинули, коли половина води в їхньому тілі була дейтерована; риби та безхребетні гинуть лише при 90 % дейтеруванні води в тілі[5]. Найпростіші здатні адаптуватися до 70 % розчину важкої води, а водорості й бактерії здатні жити навіть у чистій важкій воді[2][6][7][8][9].

Людина може без видимої шкоди для здоров'я випити кілька склянок важкої води, увесь дейтерій буде виведений з організму через кілька днів. Таким чином, важка вода набагато менш токсична, ніж, наприклад, кухонна сіль.

Важка вода використовувалася для лікування артеріальної гіпертензії у людей в добових дозах від 10 до 675 г D2O за день[10].

В організмі людини міститься у вигляді природного домішку стільки ж дейтерію, скільки у 5 грамах важкої води; цей дейтерій переважно входить до складу молекул напівважкої води HDO, а також усіх інших біологічних сполук, що містять гідроген.

Інші різновиди важких вод[ред.ред. код]

У природі існує два стабільних ізотопи гідрогену — протій (позначається 1H чи H) і дейтерій (2H чи D), та три — оксигену (16O, 17O і 18O). Це дає дев'ять нерадіоактивних сполук з формулою H2O. Сполука H216O називається легкою водою, H218O — важкокисневою, HD16O — напівважкою і D216O — важкою водою.

З урахуванням радіоактивного тритію (3H чи T) загальна кількість різновидів важкої води зростає до 18. T216O називають надважкою водою.

Формально, якщо рахувати всі відомі ізотопи гідрогену (7) та оксигену (17), можна отримати 476 різновидів важкої води. Однак період піврозпаду радіоактивних ізотопів гідрогену, важчих від тритію, й оксигену дуже малий, тому отримати макроскопічні зразки води з такими ізотопами неможливо.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. RefractiveIndex.INFO. Архів оригіналу за 2013-07-01. Процитовано 2009-07-30. 
  2. а б D. J. Kushner, Alison Baker, and T. G. Dunstall (1999). Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds. Can. J. Physiol. Pharmacol. 77 (2). с. 79–88. PMID 10535697. doi:10.1139/cjpp-77-2-79. Процитовано 2012-10-17. «used in boron neutron capture therapy ... D2O is more toxic to malignant than normal animal cells ... Protozoa are able to withstand up to 70% D2O. Algae and bacteria can adapt to grow in 100% D2  (англ.)
  3. Лобышев В.Н, Калиниченко Л. П. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. — М.: Наука, 1978. — 215 с.
  4. Vertes A. Physiological effects of heavy water. Elements and isotopes: formation, transformation, distribution. — Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 2004. — 112 p. (англ.)
  5. Trotsenko, Y. A., Khmelenina, V. N., Beschastny, A. P. (1995) The Ribulose Monophosphate (Quayle) Cycle: News and Views. Microbial Growth on C1 Compounds, in: Proceedings of the 8th International Symposium on Microbial Growth on C1 Compounds (Lindstrom M.E., Tabita F.R., eds.). San Diego (USA), Boston: Kluwer Academic Publishers, pp. 23-26 (англ.)
  6. Мосин, О. В., В. И. Швец, Складнев Д. А., И. Игнатов. Микробный синтез дейтерий-меченного L-фенилаланина факультативной метилотрофной бактерией Brevibacterium Methylicum на средах с различными концентрациями тяжелой воде// Биофармацевтический журнал. 2012. Т.4. № 1. С. 11-22.
  7. Мосин, О. В., Игнатов, И. Изотопные эффекты дейтерия в клетках бактерий и микроводорослей при росте на тяжелой воде (D2O) //Вода: химия и экология. 2012 № 3. С. 83-94.
  8. Crespi H.L. Fully deuterated microorganisms: tools in magnetic resonance and neutron scattering. Synthesis and Applications of Isotopically Labeled Compounds / in: Proceedings of an International Symposium. Baillie T, Jones J.R eds. Amsterdam: Elsevier. 1989. pp. 329—332. (англ.)
  9. Mosin, O. V., I. Ignatov, I. (2013) Microbiological Synthesis of 2H-Labeled Phenylalanine, Alanine, Valine, and Leucine/Isoleucine with Different Degrees of Deuterium Enrichment by the Gram-Positive Facultative Methylotrophic Bacterium Вrevibacterium Methylicum, International Journal of BioMedicine, Vol. 3, N 2, pp. 132—138 (англ.)
  10. 223 269 US patent 5 223 269, "Method and composition for the treatment of hyoertension"  (англ.)


Ізотопи Це незавершена стаття про ізотоп хімічного елемента чи його сполуку.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.