WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 10 |

Черников Ф.Р., Бахир В.М., Дмитриев Н.Н., Кожемякин А.М. Физические способы коррекции динамической структуры воды / Третий Международный симпозиум "Электрохимическая активация"// Доклады и краткие сообщения. М.- 2001. С.46-50.

Алёхин С.А., Байбеков И.М, Гариб Ф.Ю., Гительман Д.С. и др. «Живая» вода – мифы и реальность // Сборник №6. – 1998. – «МИС-РТ».

Аномалии воды 1) Лёд плавает на поверхности водоёма, (льда) = 0,92 г/см3, max (воды) при +4°С = 1г/ см2) При замерзании воды происходит расширение объёма.

3) Самая большая теплоёмкость (в 3100 раз больше, чем у воздуха; в 4 раза больше, чем у горных пород).

Кислотно-основные свойства Запасы воды на Земле:

в морях и океанах - 1,4 млрд. кмв ледниках - 30 млн. кмв реках и озёрах - 2 млн. кмв атмосфере - 14 тыс. кмв живых организмах - 65% Молекула полярна; уголугол -104,5°; связь O–H ковалентная полярная.

Вода является дипольным растворителем (растворяет многие газы, жидкие и твёрдые вещества).

Между молекулами воды - водородные связи:

1) Вода – слабый электролит:

H2O H+ + OH2) Вода – амфотерное вещество. Она реагирует как с основными оксидами (оксидами щелочных и щелочноземельных металлов), так и с кислотными оксидами (кроме SiO2).

Li2O + H2O 2LiOH MgO + H2O Mg(OH)SO3 + H2O H2SO3) Гидролиз некоторых солей приводит к их полному разложению:

Al2S3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2S Al2(CO3)3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2O + 3CO4) Вода разлагает гидриды, фосфиды, карбиды, нитриды и некоторые другие бинарные соединения активных металлов с неметаллами:

CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2HCa3P2 + 6H2O 3Ca(OH)2 + 2PHCaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2HCa3N2 + 6H2O 3Ca(OH)2 + 2NH5) Молекулы воды с некоторыми солями дают кристаллогидраты:

CuSO4(белый) + 5H2O CuSO4 5H2O(синий) Окислительно-восстановительные свойства воды 6) С активными металлами (стоящими в ряду напряжений металлов до Mg включительно) образуется щёлочь и водород, а с металлами средней активности (стоящими в ряду напряжений металлов от Mg до Pb) - оксид и водород:

2Na + 2H2O 2NaOH + HCa + 2H2O Ca(OH)2 + H3Fe + 4H2O –t° Fe3O4 + 4H7) С галогенами (продукты различны):

4F2 + 3H2O OF2+ 6HF + OCl2 + H2O HClO + HCl Вода, в состав которой входит изотоп водорода дейтерий, является тяжёлой водой D2O Физические свойства D2O H2O Молекулярная масса 20 1,1050 0,Плотность при 20°C (г/см3) 3,8 t° кристаллизации (°C) 101,4 t° кипения (°C) Химические реакции с тяжёлой водой протекают медленнее, чем с обычной водой.

Поэтому D2O накапливается при длительном электролизе H2O.

Тяжёлая вода (оксид дейтерия) — имеет ту же химическую формулу, что и обычнаявода, но вместо атомов водородасодержит два тяжёлых изотопа водорода — атомы дейтерия. Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как: D2O или H2O. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без вкуса и запаха.

Молекулы тяжёловодородной воды были впервые обнаружены в природной воде Гарольдом Юри в 1932 году году. А уже в 1933 году Гильберт Льюис получил чистую тяжёловодородную воду.

Свойства тяжёлой воды Молекулярная масса 20,Температура плавления 3,81°C Температура кипения 101,43°C Мало растворима в диэтиловом эфире смешивается с Растворимость этанолом Плотность 1,1042 г/см3 (при 25°C) Давление паров 10 мм.рт.ст (при 13.1°C), 100 мм.рт.ст.(при 54°C) Показатель преломления 1,32844 (при 20°C) Стандартная энтальпия -294,6 кДж/моль (ж) (при 298 К) образования H Стандартная энергия Гиббса G -243,48 кДж/моль (ж) (при 298 К) Стандартная энтропия образования 75,9 Дж/моль·K (ж) (при 298 К) S Стандартная мольная теплоёмкость 84,3 Дж/моль·K (жг) (при 298 К) Cp Энтальпия плавления Hпл 5,301 кДж/моль Энтальпия кипения Hкип 45,4 кДж/моль Критическое давлнение 31,86 МПа Критическая плотность 0,363 г/смВ 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 лишь в слабой степени, 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% растворе D2O в H2O) (простейшие) и даже в чистой тяжёлой воде (бактерии). Человек может без видимого вреда для здоровья выпить стакан тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. В этом отношении тяжёлая вода менее токсична, чем, например, поваренная соль.

Тяжёлая вода накапливается в остатке электролита при многократном электролизе воды.

На открытом воздухе тяжёлая вода быстро поглощает пары обычной воды, поэтому можно сказать, что она гигроскопична. Производство тяжёлой воды очень энергоёмко, поэтому её стоимость довольно высока (ориентировочно 200-250 долларов за кг).

Важнейшим свойством тяжёловодородной воды является то, что она практически не поглощает нейтроны, поэтому используется в ядерных реакторах для торможения нейтронов и в качестве теплоносителя. Она используется также в качестве изотопного индикатора в химии и биологии. В физике элементарных частиц тяжёлая вода используется для детектирования нейтрино; так, крупнейший детектор солнечных нейтриноSNO (Канада) содержит 1 килотонну тяжёлой воды.

Выделяют также полутяжёлую (или дейтериевую) воду, у которой только один атом водорода замещен дейтерием. Формулу такой воды записывают так: DHO или 2HHO.

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).

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:

Н216O, Н217O, Н218O, HD16O, HD17O, HD18O, D216O, D217O, D218O.

На сегодняшний день в лабораториях получены не все варианты тяжёлой воды ЗАГАДОЧНЫЙ ДЕЙТЕРИЙ И ЕГО СВОЙСТВА ДЕЙТЕРИЙ (от греческого deuteros-второй) (тяжелый водород) D, стабильный изотоп водорода с нуклеарной массой 2 ат. ед..

Ядро атома дейтерия - дейтерон состоит из одного протона и одного нейтрона, причём энергия связи между ними равна 2,23 МэВ.

Содержание дейтерия в природном водороде – 0,012–0,016%. Температура плавления – 254,5° С, температура кипения – 249,5° С. Тяжелая вода (оксид дейтерия) – изотопная разновидность воды; плотность 1,1, температура плавления – 3,8° С, температура кипения – 101,4° С.

Поперечное сечение ядерной реакции (n,) 53.1033 м2, поперечное сечение захвата тепловых нейтронов дейтеронами 15.1032 м2 (для протонов 3.1029м2). Молекула двухатомна, длина связи 0,07417 нм; основная частота колебаний атомов в молекуле 3118,46 см1; энергия диссоциации 440 кДж/моль, константа диссоциации К = p2D/pD2 = 4,173.1073 (293,15 К). С другими изотопами водорода дейтерий образует молекулы протодейтерия HD (мол. м. 3,02205) и дейтеротрития DT (мол. м. 5,03034). В прибрежной морской воде соотношение D/(D + Н) составляет (155-156).106, в поверхностных водах - (132-151).106, в природном газе - (110-134).106.

Свойства. Коэффициент сжимаемости дейтерия (pV/RT)при 273,15 К: 1,0121 (2,МПа), 1,0624(10,133 МПа), 1,130(20,266 МПа). С° [в Дж/(моль.К)]: 20,81 (20 К), 30,11 (К), 29,30 (298 К); теплопроводность 0,135 Вт/(м.К) (25 К); 1,23.102 мПа.с (293,15 К).

Дейтерий растворяется в жидкостях (например, в бензоле, толуоле, октане, гептане, ССl4, CS2) лучше, чем газообразный водород, причем это различие возрастает с понижением температуры.

Молекула дейтерия может находиться в орто- и пара-состояниях. Ортодейтерий (o-D2) имеет параллельную (одного знака) ориентацию ядерных спинов, а парадейтерий (п-D2) -антипараллельную. Это обусловливает различие магнитных, оптических и термических свойств различных модификаций дейтерия. При обычных условиях дейтерий (нормальный Д., н-D2) представляет собой смесь 2/3 орто- и 1/3 пара-модификаций, которые могут взаимно превращаться друг в друга (орто-пара-превращение). Каждой данной конфигурации соответствует определенный равновесный состав (равновесный дейтерий, p-D2). Так, доля п-D2 составляет: 0,333 (при 300 К), 0,251 (60 К), 0,148 (40 К), 0,019 (20 К).

При низких температурах термодинамически стабилен o-D2. Самопроизвольное ортопара-превращение дейтерия при низких температурах происходит очень медленно, что позволяет получить жидкий дейтерий, близкий по составу к нормальному. Орто-парапревращение ускоряется в присутствии катализаторов (Fe, Сr, Со, Мn, Pd).

Уравнение температурной зависимости давления пара над твердым и жидким Д.: lg 0,0075p (Па) = А - В/Т + СT (значения А, В и С приведены в табл. 3).

Теплота испарения o-D2 (в Дж/моль): 1202,9 (24,25 К), 1029,5 (30,53 К). Твердый дейтерий имеет тетрагон, объемноцентрированную решетку, а = 0,338 нм, с = 0,560 нм; т. пл. 18,К. Водород и дейтерий не изоморфны, обнаружена их ограниченная взаимная растворимость в твердом состоянии. При 4,2 К предельная растворимость дейтерия в водороде 10% по объему, а растворимость водорода в дейтерии 21%.

По химическим свойствам дейтерий аналогичен водороду, однако скорость реакций при замещении водорода на дейтерий заметно уменьшается, например, при окислении органических соединений водорода с хлором - в 5-10 раз.

При электролизе воды дейтерий выделяется медленнее, чем водород. Важное практическое значение имеют реакции изотопного обмена дейтерия. Константа равновесия реакции Н2 + D2 D 2HD составляет: 1,345 (50 К), 2,903 (200 К), 3,44 (373,15 К), 3,80 (700 К). Осуществляют ее в присутствии катализатора (Pt, Ni). Для реакции НDО(ж) + D2(г) D D2О(ж) + HD(г) (где ж -жидкость, г - газ) константа равновесия: 3,96 (223,15 К), 2,(323,15 К), 2,40 (373,15 К). Для р-ции Н2О(ж) + HD D НDО(ж) + Н2(г) константа равновесия:

4,69 (223,15 К), 3,37 (323,15 К), 2,69 (373,15 К). Изотопный обмен между водой и D2 или HD может протекать в паровой фазе в присутствии катализаторов (Ni) или в жидкой под давлением (из-за плохой растворимости изотопов водорода в воде) в присутствии катализаторов (в т. ч. гидрофобных) в гомогенной или гетерогенной системе. Некоторые реакции изотопного обмена водорода на дейтерий протекают очень быстро, например, в группах ОН (щелочи, спирты) и NH (NН3, амины).

Важнейшие соединение дейтерия - тяжелая вода. Дейтериды соединения, аналогичные гидридам. Большое практическое значение имеет дейтерид лития 6LiD – ocновной компонент заряда термоядерного (водородного) оружия. Для аналитического определения дейтерия применяют масс-спектрометрические, спектральные, хроматографические, а также денсиметрические (путем измерения плотности) методы изотопного анализа.

Получение. Дейтерий выделяют из тяжелой воды, например, электролизом. Дейтерий получают также низкотемпературной ректификацией из водорода или азотоводородной смеси для синтеза NH3 (водород которой содержит 250-300 м. д. HD). Исходный водород или азото-водородную смесь после тщательной очистки от примесей (О2 до 109 мольных долей, остальные газы - до 107-108 мольных долей) сжижают и двухступенчатой ректификацией при 22-24 К и обрабатывают HD. Зачем в присутствии катализатора образуется смесь Н2 + D2 + HD, из которой низкотемпературной ректификацией получают 99,8%-ный газообразный дейтерий. Сжиганием с воздухом или О2 последний переводят в тяжелую воду.

Применение. Дейтерий в виде тяжёлой воды - замедлитель нейтронов в ядерных реакторах. Дейтероны, обычно получаемые путем ионизации атомов дейтерия, используются в качестве бомбардирующих частиц в ядерных реакциях, в частности для получения быстрых нейтронов.

Дейтерий применяется также как изотопный индикатор в научных исследованиях в химии, биологии, физиологии, агрохимии и др. (в т.ч. в опытах с живыми организмами и при диагностич. исследованиях человека).

Соединения дейтерия используются также при спектроскопических исследованиях.

Изделия из монокристаллов на основе KD2PO4 применяются для создания систем управления и преобразования лазерного излучения.

Дейтерий - ядерное топливо для энергетики будущего, основанной на управляемом термоядерном синтезе. В первых энергетич. реакторах такого типа предполагается осуществить реакцию D + T D He + n + 17,6 МэВ.

Лит.: Выделение дейтерия из водорода методом глубокого охлаждения, М., 1961;

Тупицын И. Ф., Тяжелые изотопы водорода, дейтерий и тритий, М., 1961; Андреев Б. М., Зельвенский Я. Д., Катальников С. Г., Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике, М., 1987 Я. Д. Зельвенский.

ДЕЙТЕРИЙ. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ Дейтерий был открыт в 1932 году, когда одно за другим следовали выдающиеся открытия в области физики: были открыты нейтрон и позитрон, разработана протоно-нейтронная теория строения ядер и релятивистская квантовая механика, построен первый циклотрон и изобретен электронный микроскоп, проведена первая реакция ядерного синтеза, экспериментально измерена скорость движения молекул. Физики назвали этот год anno mirabilis – год чудес. К открытию дейтерия учёные шли многие годы.

В 1917 немецкий ученый К. Шерингер предположил, что атомы разных элементов построены не только из протия (от греческого protos – первый), т.е. «легкого» водорода с атомной массой 1, а из разных изотопов водорода.

Больших успехов в открытии изотопов нерадиоактивных элементов достиг английский физик Фрэнсис Уильям Астон с помощью сконструированного им масс-спектрографа. В этом приборе изучаемые атомы или молекулы бомбардируются пучком электронов и превращаются в положительно заряженные ионы. Пучок этих ионов далее подвергается действию электрического и магнитного поля, и их траектории отклоняются от прямой.

Это отклонение тем сильнее, чем больше заряд иона и чем меньше его масса. Из значений отклоняющих напряжений непосредственно получают относительные массы ионов. А из интенсивности пучка ионов с данной массой можно судить об относительном содержании в образце этих ионов.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 10 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.