Żywa i martwa, lekka i ciężka woda

W lutym 1944 r. Na obszarze norweskiej Doliny Ryukan uruchomiono operację sabotażu Sił Zbrojnych "Ciężka Woda", której celem było zapobieżenie powstaniu ładunku atomowego przez nazistowskie Niemcy. Stacja Wemork, w której prowadzono produkcję surowców do badań naukowych, została wysadzona w powietrze. Później okazało się, że nawet w przypadku niepowodzenia operacji praca nad stworzeniem bomby nadal nie byłaby możliwa do wykonania przez nazistów. Ale na początku 1944 nikt o tym nie wiedział ...

Właściwości fizyczne i chemiczne ciężkiej wody

Każdy uczeń zna dziś formułę zwykłej wody, ale jest znany ludzkości tylko nieco ponad dwa wieki. Zostało odkryte w 1805 roku przez Gay-Lussaca i Humboldta, którzy odkryli, że każda cząsteczka najbardziej powszechnego płynu na Ziemi składa się z jednego atomu wodoru i dwóch atomów tlenu. 1932 uzupełniło tę wiedzę nowymi informacjami. W każdym łyku herbaty, kawy i jakiegokolwiek innego napoju z wyjątkiem H2O jest jednak trochę inny składnik, charakteryzujący się tym, że wodór-prot jest zastąpiony przez deuter D, ciężki izotop tego pierwiastka układu okresowego. Związek otrzymał nazwę "ciężka woda". Zdobycie go w ciągu roku przez Richarda MacDonalda i Herberta Lewisa w czystej postaci otworzyło okazję do badań naukowych. Porównanie właściwości wody lekkiej i ciężkiej wykazało, że gęstość i lepkość D2O jest większa niż H2O. Jest to w pełni zgodne z obliczeniami teoretycznymi. Różnica 10% odpowiada stosunkowi masy cząsteczkowej protu (lekkiego wodoru) i deuteru, odpowiednio 18 i 20. Temperatury wrzenia i zamarzania są różne, są one wyższe w ciężkiej wodzie (odpowiednio 101,42 i +3,8 stopnia Celsjusza).

Wpływ ciężkiej wody na żywe organizmy

Pomimo faktu, że D2O występuje w wodzie w bardzo małych ilościach (w milionach procentach), jego zawartość wpływa na żywotną aktywność organizmów. Cięższa woda jest bardziej powszechna, w której izotop zastąpiony jest nie dwoma, ale jednym atomem wodoru, jego formuła to HDO. Działanie obu gatunków na metabolizm zdefiniowane jako depresyjne, zwierzęta doświadczalne umierają z niewydolności nerek, gdy stosuje się mieszaninę H2O i HDO w stosunku 3 do 1. Podczas podlewania roślin tym związkiem, ich wzrost zatrzymuje się. I odwrotnie, im mniejszy udział ciężkiej wody, tym bardziej aktywne są procesy życiowe. Ciekawostka - im bliżej biegunów, woda jest "łatwiejsza".

Aplikacja na ciężką wodę

Ciężka woda służy jako szybki moderator neutronów w reakcjach termojądrowych. Z jednostkowej masy deuteru energia może być wydobywana dziesięć milionów razy więcej niż przy spalaniu takiej samej ilości węgla. Dalsze badania natury izotopów ujawniły obecność w atmosferze i możliwość laboratoryjnej produkcji wody superfalutnej T20, w której wodór zastąpiono radioaktywnym trytem o masie atomowej równej 3. Sztucznie wytworzone izotopy wodoru 4H i 5H mogą również tworzyć wodę superwodną z tlenem, są one stosowane w jako "wyznakowane atomy" podczas przeprowadzania eksperymentów naukowych.