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