Очистка воды от дейтерия в виде тяжелой воды

Читал о способах очистки тяжелой воды. В основном рекомендуется удалять первый образовавщийся лед. Но в то же время как я понял, этот метод лишь незначительно убирает тяжелую воду, он только позволяет снизить её содержание в талой воде. Может правильнее использовать морозильную камеру с возможностью поддержания постоянной температуры. К примеру выставить 2 градуса цельсия и поставить воду. И по прошествии достаточного периода времени в емкости замерзнет только тяжелая вода(ведь она при 3,8 0С замерзает).


На самом деле очистка воды от дейтерия в виде тяжелой воды – непростая задача. Тяжёлая вода замерзает при 3,820С, имеет плотность при 200С 1,10539 г/см3, причём максимум плотности приходится не на 40С, как у обычной воды, а на 11,20С (1,10602 г/см3) (Таблица). Кристаллы D2O имеют такую же структуру, как и обычный лёд; различие в размерах элементарной ячейки очень мало (0,1%). Но они более тяжёлые (0,982 г/см3 при 00С по сравнению с 0,917 г/см3 для обычного льда).

Таблица. Физические свойства обычной и тяжёлой воды

 

Физические свойства

D2O

H2O

Молекулярная масса (г/моль)

20,0276

18,0153

Плотность при 20 0C (г/см3)

1,1050

0,9982

Температура максимальной плотности, °C

11,24

3,98

Температура замерзания при 1 атм, °C

3,82

0

Температура кипения при 1 атм, °C

101,44

100

Давление пара при 100 °C, мм. рт. ст.

721,60

760,00

Вязкость при 20 °C, сантипуаз

1,247

1,002

 

Кристаллы льда, образованного из тяжелой воды вследствии своей более высокой плотности не плавают на поверхности, как это имеет место в случае с первой образующийся на поверхности воды корочки льда, а опускаются вниз на дно сосуда с охлаждаемой водой вместе с другими тяжелыми примесями. Поэтому, логичнее удалять не только первую образующуюся на поверхности корочку льда, но также и те кристаллы, образующиеся на дне сосуда. Главная проблема в том, что тяжелая вода, будучи равномерно расторена в воде, замерзает во всем объеме охлаждаемой воды, а не на поверхности. При этом образуются микрокристаллы, которые сложно увидеть невооруженным глазом. Напрашивается вывод фильтровать эти микрокристаллы при 3.820С через микрофильтр, но это сложная задача. Осуществить очистку воды от тяжелой воды в домашних условиях практически неосуществимо. Эта задача достигается сложными физико-химическими методами – изотопным обменом в присутствии палладия или платины, многоступенчатым электролизов воды в сочетании с каталитическим изотопным обменом между водой и водородом; низкотемпературной ректификации жидкого водорода с последующим сжиганием Н2 с кислородом; вакуумной заморозкой воды с последующим оттаиванием, вакуумной ректификацией и др. Для получения особо чистой H216O проводят очень тонкую, многостадийную очистку природной воды совокупностью вышеуказанных методов, или синтезируют воду из исходных газообразных элементов 1H2 и 16O, которые предварительно очищают от изотопных примесей. Такую воду применяют в экспериментах и процессах, требующих исключительной чистоты химических реактивов.

 

С уважением,

К.х.н. О.В. Мосин

          

  • В природных водах один атом дейтерия приходится на 6400—7600[5] атомов протия. Почти весь он находится в составе молекул полутяжёлой воды DHO, одна такая молекула приходится на 3200—3800 молекул лёгкой воды. Лишь очень незначительная часть атомов дейтерия формирует молекулы тяжёлой воды D2O, поскольку вероятность двух атомов дейтерия встретиться в составе одной молекулы в природе мала (примерно 0,5⋅10−7). При искусственном повышении концентрации дейтерия в воде эта вероятность растёт. Человек может без видимого вреда для здоровья выпить несколько стаканов тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. Так, в одном из экспериментов по изучению связи вестибулярного аппарата и непроизвольных движений глаз (нистагма) добровольцам предлагалось выпить от 100 до 200 граммов тяжёлой воды; в результате поглощения более плотной тяжёлой воды купулой (желатинообразной структурой в полукружных каналах) её нейтральная плавучесть в эндолимфе каналов нарушается, и возникают лёгкие нарушения пространственной ориентации, в частности нистагм. Этот эффект аналогичен возникающему при приёме алкоголя (однако в последнем случае плотность купулы уменьшается, поскольку плотность этилового спирта меньше плотности воды)[14].
    Таким образом, тяжёлая вода гораздо менее токсична, чем, например, поваренная соль. Тяжёлая вода использовалась для лечения артериальной гипертензии у людей в суточных дозах от 10 до 675 г D2O в день[15].

    Гость (Игорь)