Suyun izotopu
İzotoplar eyni atomların növləridir kimyəvi element, eyni nüvə yükü və elektron qabıqlarının quruluşu, nüvələrin kütləsi ilə fərqlənir. Kütləvi fərq izotop nüvələrinin tərkibində olması ilə əlaqədardır eyni nömrə protonlar səh və fərqli nömrə neytronlar n. Müxtəlif izotop atomlarının birləşmələri bir sıra izotopoloq molekulları verir.
İzotopoloqlar yalnız atomlarının izotop tərkibinə görə fərqlənən molekullardır. İzotopoloq müəyyən bir kimyəvi elementin ən azı bir atomundan ibarətdir ki, bu da digərlərindən neytronların sayına görə fərqlənir.
Su molekulu iki hidrogen atomundan və bir oksigen atomundan ibarətdir.
Hidrogenin iki sabit izotopu var - protium (H) - 1 H və deuterium (D) - 2 H.
Oksigenin üç sabit izotopu var: 16O, 17O və 18O.
1 H 2 16 O molekulu bütün su izotopoloqlarının ən yüngülüdür. Klassik və ya yüngül su sayılmalı olan 1 H 2 16 O sudur.
AĞIR VƏ AŞIQ SU
Monoizotopik tərkib kimi yüngül su 1 H 2 16 O izotopik təmizliyin məhdudlaşdırıcı halıdır. AT vivo belə təmiz işıqlı su yoxdur. 1 H 2 16 O izotopoloqunu əldə etmək üçün təbii suların gözəl çoxmərhələli təmizlənməsi aparılır və ya ilkin elementlər 1 H 2 və 16 O 2-dən sintez edilir. Təbii su izotopoloqların çoxkomponentli qarışığıdır. Tərkibindəki ən yüngül izotopoloqun tərkibi bütün digərlərinin konsentrasiyasını əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir.
1932-ci ilə qədər heç kimin təbiətdə ağır su ola biləcəyi, hətta kiçik miqdarda olsa belə, hidrogenin ağır izotopları - deuterium və tritium ola biləcəyi barədə heç kəsin fikri yox idi. Məhz bu hal bu elementlərin elm adamlarından “gizlənməsinə”, eksperimental səhvlər və qeyri-kafi ölçmə dəqiqliyi kimi maskalanmasına səbəb oldu. Ağır hidrogen - deuterium 1931-ci ildə Amerika fiziki kimyaçısı Harold Urey (1893-1981) tərəfindən kəşf edilmişdir. Q.Urey köməkçilərindən birinə altı litr maye hidrogeni buxarlamağı əmr etdi və sonuncu fraksiyada həcmi 3 sm olan, atom kütləsi məlum protiumdan iki dəfə çox olan hidrogenin ağır izotopu üçün spektral analizlə aşkar edildi. ilk dəfə. Alimlər belə nəticəyə gəliblər ki, görünür, atom çəkisi 2 olan ağır hidrogen izotopu var.1932-ci ildə Q.Urey və E.F. Osborne ilk dəfə burada kəşf edilmişdir təbii su ağır su. İki il sonra Harold Urey mükafatlandırıldı Nobel mükafatı. Atom çəkisi 3 olan tritiumun üçüncü fövqəladə hidrogen izotopunun kəşfi ilk illərdə strateji səbəblərdən gizli saxlanılırdı. 1951-ci ildə tritiumlu su alınmış və tədqiq edilmişdir. Deyterium suyu artıq elm və texnikanın demək olar ki, bütün sahələrində yaxşı öyrənilibsə, o zaman tritium suyunun "ulduz" saatı hələ gəlməyib, çünki Yer kürəsində çox az miqdarda tritium var. Ümumilikdə Yer kürəsində təxminən 25-30 kq təşkil edir və əsasən dünya sularında (təxminən 20 kq) rast gəlinir. Lakin Yerin sularında onun miqdarı daim artır, çünki o, atmosferin azot və oksigen nüvələrinin kosmik şüalarla bombardmanı zamanı əmələ gəlir. Nəticədə, orijinal (relikt) sularda tritiumun miqdarı davamlı olaraq artır. Protium və deuteriumdan fərqli olaraq, tritium doqquz il yarımparçalanma dövrü olan radioaktiv elementdir. Öz xassələrinə görə super ağır tritiumlu su deyterium suyundan daha çox protiumlu (yüngül) sudan fərqlənir. Tritium, əsasən, azot və oksigen nüvələrinin kosmik radiasiya neytronları tərəfindən bombardman edildiyi zaman atmosferin çox yüksək təbəqələrində əmələ gəlir. Təbii suda tritiumun miqdarı cüzidir - cəmi 10-18 atom faizi. Yenə də içdiyimiz sudadır və bunun üçün uzun illər həyat verir əhəmiyyətli zərər genlərimiz, yaşlanmaya, xəstəliklərə səbəb olur. Ağır deyterium suyu təbii suyun elektrolitik parçalanmasından sonra, həmçinin maye hidrogenin fraksiya distilləsi zamanı elektrolit qalıqlarında cəmlənmiş tritium suyunun cüzi olması ilə əldə edilir. sənaye istehsalı ağır su demək olar ki, bütün ölkələrdə və xüsusilə də olan ölkələrdə hər il artır nüvə silahları. Ağır su əsasən radioaktiv elementlərin parçalanmasında sürətli neytronların moderatoru kimi istifadə olunur. nüvə reaktorları. Bəşəriyyətin ehtiyacları üçün ağır sudan istifadə perspektivi böyükdür. Ağır su tükənməz enerji mənbəyinə çevrilə bilər: 1 qram deuterium 1 qram kömürün yanmasından 10 milyon dəfə çox enerji verə bilər. Dünya Okeanında deuterium ehtiyatları həqiqətən böyükdür - təxminən 1015 ton. Tritium suyu hələ də məhdud istifadə olunur və hazırda əsasən termonüvə reaksiyalarında istifadə olunur. həmçinin radioaktiv HTO molekulları kimi fiziki-kimyəvi və bioloji tədqiqatlarda. Hidrogen və oksigenin izotop tərkibinin müxtəlifliyini nəzərə alaraq, böyük pay Etibarlılıq təbii suyun 36 izotopik növünün olması ilə bağlı mübahisə edilə bilər.
SUDA İZOTOPLAR
Su hidrogeninin üç izotopu var: protium 1 H (proton + elektron), deuterium 2 H və ya D (proton + neytron + elektron), tritium 3 H və ya T (proton + iki neytron + elektron), s kütləvi nömrələr müvafiq olaraq 1, 2 və 3. Protium və deyterium sabit izotoplardır. Tritium - beta radioaktivdir, yarımxaricolma dövrü 12,26 ildir. H atomlarıdır müxtəlif dərəcələrdə oyanma.
Hidrogenə əlavə olaraq, oksigendə izotoplar da tapıldı, onlardan beşi var, tanınmış sabit izotop O 16 (molekulyar çəkisi 16) istisna olmaqla. Onlardan üçünün radioaktiv olduğu ortaya çıxdı - O 14, O 15 və O 19, O 17 və O 18 - sabit. O 16, O 17 və O 18 bütün təbii sularda olur
Fiziki xüsusiyyətlərinə görə ağır oksigenli su adi sudan ağır hidrogenli sudan daha az fərqlənir. Təbii sudan fraksiya distillə yolu ilə alınır və etiketli oksigenlə dərman mənbəyi kimi istifadə olunur.
Tədqiqatçılar hidrogen izotoplarının (H, D, T) və oksigenin (O 14, O 15, O 16, O 17, O 18, O 19) növlərinə və tərkibindən asılı olaraq, təmizlik və çirklənmə dərəcəsinə görə fərqləndirirlər. min növ içməli su.
MÜXTƏLİF İZOTOP TƏRKİBİ OLAN SULARIN BİOLOJİ XÜSUSİYYƏTLƏRİ
Deyterium, tritium, ağır və radioaktiv oksigen izotopları ilə zənginləşdirilmiş su bütün canlılar və insanlar üçün zərərlidir.
Bütün bioloji reaksiyaların baş verdiyi universal mühit kimi yüngül su təbii izotop tərkibli su ilə müqayisədə bu reaksiyaların sürətini artırır. Bu təsir həlledicinin kinetik izotop effekti kimi tanınır. Yüngül suyun daşıma xüsusiyyətləri təbii suyun tərkibindəki ağır izotopoloqların caynaqlı qurbağaların iybilmə sistemindən metilen mavisi boyasının xaric edilməsinin dinamikasına təsirinin öyrənilməsi ilə sübut edilmişdir. Suyun ağır izotopoloqlardan təmizlənməsi canlı hüceyrənin enerji aparatına ən güclü təsir göstərir. Yüngül su, tədqiqat mərkəzlərində aparılan alimlərin işində göstərilən antitümör aktivliyi nümayiş etdirir müxtəlif ölkələr. Yüngül suyun toksikoprotektiv xüsusiyyətləri təsdiq edilmişdir eksperimental tədqiqatlar, buradan belə nəticə çıxır ki, ağır izotopoloqlardan təmizlənmiş yüngül su daşıma xüsusiyyətlərinə görə bədəndən toksinləri və metabolik məhsulları effektiv şəkildə çıxarır. Yüngül suyun II tip şəkərli diabet xəstələrinə təsiri də qeyd edilib. 90 gün davam edən açıq preklinik tədqiqatın nəticələri göstərdi ki, könüllülərdə yüngül suyun təsiri altında yüksək səviyyə acqarına qlükoza və azalmış insulin müqaviməti.
Ağır suyun bioloji təsirləri bunlardır:
bio sürətin azaldılması kimyəvi reaksiyalar, toxuma tənəffüsü Hüceyrə protoplazmasının özlülüyünün artması, orqanizmin qocalma sürəti Mutasyonların induksiyası, genofondun zədələnməsi, xərçəng, digər xəstəliklər Hüceyrə bölünməsinin ləngiməsi, böyümənin azalması Yüksək onurğalıların ölümü
Sağlamlıq üçün ən vacib içməli su parametrləri
İçməli suyun izotopik tərkibi
Bu mövzu hazırda Rusiyada populyar deyil, lakin perspektivlərinə görə son dərəcə vacibdir.
Tərkibindəki elementlərə görə su - H 2 O nədir?
99,727% -i protium və oksigen-16-dan ibarət su molekulları, yəni. 1 H 2 16 O molekulunun fraksiyasına.
Daha ağır su nisbətdə təqdim olunur: H 2 18 O - 73,5%; 1 H 2 17 O - 14,7%; 1 HD 16 O - 11,5%. Şirin su mənbələrinin suyunda ağır hidrogenli su 1 HD 16 O-nun tərkibi təxminən 330 mq/litr, ağır oksigen suyu 1 H 2 18 O isə təxminən 2 qram/litr təşkil edir. Bu cür konsentrasiyalar duzun tərkibi ilə müqayisə edilə bilər və hətta onların həddini də aşır. icazə verilən normalar . Deyteriumun miqdarı Antarktikanın buzlu sularında 90 ppm-dən Sahara sularında 180 ppm-ə qədər dəyişir.
Tərkibində az miqdarda ağır hidrogen və oksigen izotopları olan təbii suyun stimullaşdırıcı və stimullaşdırıcı olduğu elmi şəkildə sübut edilmişdir. dərman xassələri. Bunlar. canlı hüceyrə suda ağır izotopların tərkibindəki kiçik dəyişikliklərə belə reaksiya verir.
Deuterium həyatın universal inhibitorudur. İstənilən suda həmişə mövcuddur. Onun konsentrasiyası içməli suyun keyfiyyətini müəyyən edir.
Deyteriumu təkcə suyun deyil, həm də ən mühüm üzvi birləşmələrin tərkibinə daxil olan mikroelement kimi qəbul etsək, o zaman əhəmiyyətinə görə onu birinci yerdə olmasa da, ilk yerlərdən birinə qoymaq olar. İnsan bədənindəki digər elementlər arasında D natriumun arxasında görünür. Onun qan plazmasındakı tərkibi kaliumdan 4 dəfə, kalsiumdan 6 dəfə, maqneziumdan 10 dəfə, flüor, dəmir, yod, mis, manqan və kobalt kimi vacib mikroelementlərin tərkibindən xeyli çoxdur. Kalsium haqqında hər kəs bilir. Deyteriyə kim diqqət yetirir?
Evdə suyu deuteriumdan tamamilə təmizləmək mümkün deyil və bu lazım deyil. Müalicəvi təsir əldə etmək üçün yalnız onun konsentrasiyasını azaltmaq vacibdir. From mövcud variantlar protium suyunun hazırlanmasının məlum üsulu. Metodun mahiyyəti soyuducuda süzülmüş suyu dondurmaqdır. Suyun səthində və qabın divarlarında ilk buz görünəndə, suyu başqa bir qaba tökmək lazımdır, buz isə atılmalıdır, çünki. onun tərkibində artan deyterium konsentrasiyası olacaq. Bunun səbəbi ağır suyun +3,8°C-də donmasıdır. Bu metodun görünən etibarlılığına baxmayaraq, ağır suyun tərkibində əhəmiyyətli bir azalma təmin etmir, çünki əslində ilk donan ağır su deyil, konteynerin soyuq divarlarına ən yaxın olan sudur. Bununla belə, suyun soyudulması zamanı aktiv şəkildə qarışdırılırsa, onda əmələ gələn kristallar həqiqətən ağır suyun artan konsentrasiyasını ehtiva edir.
Ağır suyun konsentrasiyasının hətta 2-3% azaldılması suyun biostimulyasiya xüsusiyyətlərini kəskin şəkildə artırır.
Məişət texnikası deuterium konsentrasiyasını təyin etmək üçün məlum deyil.
Yüngül su hazırlamaq üçün məişət texnikası məlum deyil.
Ancaq yaxın illərdə içməli suyun hazırlanması keyfiyyətində inqilabi sıçrayışlardan biri də bu istiqamətdə olacaq.
Lüğət
İzotop- nüvəsi əsas elementlə eyni sayda proton olan, lakin eyni kimyəvi elementin atomu fərqli məbləğ neytronlar. Bu səbəbdən izotopların atom kütlələri fərqlidir.
Protium- kütlə sayı 1 olan sabit hidrogen izotopu. Protium atomunun nüvəsi bir protondan ibarətdir.
Deyterium- D, 2 H, ağır hidrogen, kütlə sayı 2 olan sabit hidrogen izotopu. böyük fərq D və 1 H kütlələrində onların xassələrində əhəmiyyətli fərqə səbəb olur (məsələn, tərkibində D və 1 H olan maddələr üçün bəzi kimyəvi reaksiyaların sürətləri 5-10 dəfə fərqlənir).
Tritium- Kütləvi sayı 3 olan hidrogenin ən ağır izotopu.
ppm- milyonda hissələri - milyonda hissələrin sayı.
Oksigen izotoplarının (O 16, O 17, O 18) və hidrogenin (H 1, H 2, H 3) tədqiqi göstərdi ki, birləşmələrindən asılı olaraq 18 müxtəlif növlər su. Xüsusi diqqət indi cəlb edir ağır və ya ölü su (H 2 2 O və ya D 2 O), adi sudan xüsusi bioloji xüsusiyyətləri ilə fərqlənir. Toxumlar orada cücərmir, müxtəlif orqanizmlər üçün ölümcüldür. Lakin bu suyun tərkibi adətən əhəmiyyətsizdir və zərərli təsir göstərmir. Ağır suyun sıxlığı 1,106, maksimum sıxlığı + 11,8 0 С, t bp-dir. \u003d 101.42 0, t əriyir. = 3.82.
Hidrogen izotoplarının tədqiqi göstərdi ki, onların təbii fraksiyaları bir çox amillərdən asılıdır. Suların (çöküntü sularının) yaşının artması ilə deuteriumun miqdarı artır; kristallaşma suyunun, eləcə də bitki və heyvanların toxumalarında olan suyun adi sudan daha ağır olduğu ortaya çıxdı. Əlavə ağır su (T 2 O 18 və ya H 2 3 O 18) 24 sıxlığa malikdir, yəni. adi sudan 33% ağırdır. Xüsusi çəkisi onun 1.332, t kip. 103-105 0 C, buzun ərimə temperaturu 8-10 0, ən böyük sıxlıq nöqtəsi 18-20 0 C.
Bəzi tədqiqatçılar (A.S.Uklonski və başqaları) hesab edirlər ki, oksigen O 16 atmosfer suyu, Yer səthindəki su və yeraltı sular atmosfer yağıntıları ilə qidalanır; O 17 - okeanlar üçün, O 18 - litosferin dərin suları üçün. Tamamilə mümkündür ki, strukturla yanaşı, suyun izotop tərkibinin dəyişkənliyi suya xas olan anomaliyaların təzahürünün səbəblərindən biridir.
14.4 Suyun fiziki xassələri
Adətən hidrogeoloji tədqiqatlarda müəyyən edilən təbii suların əsas fiziki xüsusiyyətlərinə aşağıdakılar daxildir: temperatur, rəng, şəffaflıq, dad, qoxu, xüsusi çəkisi.
Temperatur.
Qrunt sularının temperaturu geniş şəkildə dəyişir: daimi donmuş ərazidə mənfidən (-13,5 0 C) gənc vulkanik fəaliyyət zonalarında və böyük dərinliklərdə həddindən artıq qızdırılan buxarların temperaturuna (> 120 0 C) qədər. Suyun temperaturu müəyyən təsir göstərir kimyəvi birləşmə. Temperaturun artması məhluldakı molekulların hərəkət sürətini və əksər fiziki və kimyəvi reaksiyaların sürətini artırır (Ostvald qaydası). Suyun temperaturunun təyini müxtəlif termometrlərlə həyata keçirilir, sözdə yay termometrləri (tənbəl), həmçinin maksimum və minimum istifadə olunur. Daha həssas və dəqiq elektrik termometrləri və elektron sensorlardır.
Şəffaflıq.
Suyun şəffaflığı onun tərkibindəki asılı hissəciklərin miqdarından asılıdır. Keyfiyyətcə, 10 ml suyun töküldüyü bir sınaq borusunda müəyyən edilir. Yuxarıdan baxaraq, nomenklaturaya görə suyun şəffaflıq dərəcəsini müəyyənləşdirin: şəffaf, bir qədər opal, opal, bir qədər bulanıq, bulanıq, çox bulanıq. Şəffaflığın kəmiyyət təyini bir cihazda - hündürlüyü santimetrlə bitirilmiş üç ölçülü düz yeraltı dibi olan bir silindrdə aparılır. Şəffaflıq sütun hündürlüyünün santimetrləri ilə 0,5 sm dəqiqliklə ifadə edilir. Asılı hissəciklərin miqdarını təyin etmək üçün su nümunəsi (0,5-1,0 l) çalxalanır və məsaməli dibi olan çəkilmiş tigeldən və ya çəkilmiş süzgəcdən süzülür, sonra qurudulur və çəkilir. Dayanma zamanı suyun şəffaflığının dəyişməsi halında, çöküntünü (heç biri, əhəmiyyətsiz, nəzərə çarpan, böyük) və rəngini göstərən keyfiyyətcə (kristal, lopa, lilli, qumlu və s.) xarakterizə edirlər.
Rəng.
Suyun rəngi müəyyən dərəcədə onun keyfiyyətini xarakterizə edir. Kimyəvi olaraq təmiz su rəngsizdir və yalnız bir neçə metr qalınlığında olan təbəqədə mavi rəng alır. Suya rəng verin mexaniki çirklər. Sarımtıl rəng humik maddələr olan bataqlıq suları üçün xarakterikdir. Bəzən suyun çay rəngi olur (R.Çaya). Su dərinlikdən çıxarıldıqdan sonra səth şəraitində dəmir monosulfidin əmələ gəlməsi səbəbindən qara olur.
Rəngin keyfiyyətcə təyini şəffaf suda, altında ağ kağız ilə əvəz olunan sınaq borusunda aparılır. Suyun rəngi aşağıdakı kimi xarakterizə olunur: rəngsiz, yaşılımtıl, sarımtıl, qəhvəyi və s.
Kəmiyyət təyini 100 ml rəngsiz şüşə silindrə və hündürlüyü 20 sm olan, eyni silindrə tökülən standart platin-kobalt məhlulu ilə tökülən sınaq suyu ağ fonda baxdıqda müqayisə edilməklə aparılır.
Dadmaq.
Suyun dadı onda həll olunan maddələrin tərkibindən asılıdır. Məsələn, duzlu dada NaCl, acı MgSO 4, paslı və ya mürəkkəb dəmir duzları səbəb olur. Üzvi maddələrlə zəngin olan sular şirin dadlıdır.
Dadı müəyyən etmək üçün su 30 0 C-ə qədər qızdırılır, təxminən 15 ml ağıza alınır və bir neçə saniyə saxlanılır. Fərqləndirin: duzlu, acı, şirin və turş dad, həmçinin daddan sonra: xlor, balıq, metal və s.
Qoxu.
Suyun qoxusu ya biokimyəvi mənşəli qazların (H 2 S və s.), ya da çürüyən üzvi maddələrin olduğunu göstərir.
Probirkada suyu tıxacla qızdırırlar, sonra iylənirlər, qoxunun təbiəti: qoxusuz, hidrogen sulfid, bataqlıq, gil, kif və s. ballarla (0-dan 5-ə qədər).
Xüsusi çəkisi (sıxlıq, q/sm 3 ).
Minerallaşma, temperatur, qazla doyma və s. qiymətindən asılıdır). Müəyyən edilir: təxminən - bir hidrometre ilə, dəqiq - bir piknometr ilə, müəyyən bir temperaturda.
Həm oksigen, həm də hidrogen təbii və süni izotoplara malikdir. Molekulun tərkibinə daxil olan hidrogen izotoplarının növündən asılı olaraq, onlar buraxırlar aşağıdakı növlər su:
Yüngül su (insanlara tanış olan suyun əsas komponenti) H2O.
Ağır su (deyterium) D2O.
Çox ağır su (tritium) T2O.
Tritium Deuterium Suyu TDO
Tritium Protium Suyu THO
Deuterium protium suyu DHO
Son üç növ mümkündür, çünki su molekulunda iki hidrogen atomu var. Protium hidrogenin ən yüngül izotopudur. Deyteriumun atom kütləsi 2,0141017778 amu təşkil edir.Tritium ən ağırdır, atom kütləsi 3,0160492777 amu təşkil edir.
Məlumdur ki, ağır su həyatı təmin etmir, yəni canlı orqanizmlərin əksəriyyəti (bəzi mikroorqanizmlər və göbələklər istisna olmaqla) belə suda ölür.
16O, 17O və 18O sabit oksigen izotoplarına görə üç növ su molekulu var. Beləliklə, izotop tərkibinə görə 18 müxtəlif su molekulu var. Əslində, istənilən su hər cür molekulları ehtiva edir.
Su və ya hidrogen oksidi əmələ gətirən hidrogen və oksigen atomları müxtəlif kütlə nömrələrinə malik ola bilər və bir-birindən öz xüsusiyyətlərinə görə fərqlənə bilər. fiziki və kimyəvi xassələri, lakin eyni zamanda atom nüvələrinin elektrik yükü eynidir və buna görə də dövri sistem elementlər eyni yerdədir. Eyni kimyəvi elementin bu cür atomlarına izotoplar deyilir.
Beş hidrogen və beş oksigen məlumdur. Düzdür, onlardan ikisi (4H, 5H, 14O və 15O) radioaktivdir və çox qısamüddətlidir. Məsələn, hidrogen-4-ün mövcud olma müddəti 4 10-11 saniyədir. Bu cür qısa ömürlü izotoplar bizim nəzərimizdən çıxarılır.
Beləliklə, hidrogenin aşağıdakı izotopları ən çox məlumdur: protium 1H (nisbi atom kütləsi 1) deuterium 2H və ya D (nisbi atom kütləsi 2) və tritium 3H və ya T (nisbi atom kütləsi 3) ən ağır, lakin zəif radioaktiv hidrogen (yarım ömrü 12,3 ildir) və oksigen izotopları: 16O, 17O və 18O. Bu altı izotop 18 izotop növ su əmələ gətirə bilər: 1H216O; 1HD16O; D216O; 1HT16O; DT16O; T2O16; 1H217O; 1HD17O; D217O; lHT17O; DT17O; T217O; 1H218O; 1HD18O; D218O; 1HT18O; DT18O; T218O.
Tritium və oksigen-17 təbii sularda yalnız izlər şəklində, deyterium və oksigen-18 isə maddi miqdarlarda olur ki, bunları Tab-də təqdim edirik. 2, burada eyni zamanda bu şərti kəmiyyətlər məzmunla müqayisə edilir dəniz suyu bəzi digər elementlər.
Təbii suyun izotop komponentlərini birləşdirərək aşağıdakıları deyə bilərik: quru sularında 99,75% "yüngül" su, 0,18% ağır oksigen və 0,017% ağır hidrogen var. Təbii ki, bunlar təxmini orta göstəricilərdir. Yer kürəsində hər 6800 protium atomuna bir deuterium atomu, ulduzlararası məkanda isə hər 200 protium atomuna artıq bir deuterium atomu düşür.
Deyterium, helium nüvələrinin bir-biri ilə toqquşması və bir neytronun bir proton tərəfindən tutulması nəticəsində parçalanması nəticəsində əmələ gəlir.
Sirkulyasiya prosesində olan atmosfer suyu protiumun kosmosa dağılması nəticəsində deyteriumla zənginləşir. Bunun sayəsindədir yağış suyu ağır hidrogenlə zəngindir.
Tritium kosmik proseslər nəticəsində atmosferə daxil ola bilər, həmçinin yerin suyunu çox az miqdarda olsa da, super ağır su ilə zənginləşdirə bilir.
Atmosferdə ağır oksigen-18-in müəyyən bir çoxluğu var ki, bu da onu artan miqdarda ehtiva edən bitkilərin parçalanması nəticəsində yaranır.
Suyun izotop növləri ilk növbədə fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərinə görə fərqlənir. Deuterium yüksək hiqroskopikdir, havadan və gəminin divarlarından nəmliyi acgözlüklə udur. Bəzi duzların ağır suda həllolma qabiliyyəti adi sudan nəzərəçarpacaq dərəcədə azdır; deuteriumun tərkibinin artması ilə bəzi reaksiyaların sürətində azalma qeyd olunur.
Su hidrogeninin üç izotopu var: protium 1H (proton + elektron), deyterium 2H və ya D (proton + neytron + elektron), tritium 3H və ya T (proton + iki neytron + elektron), müvafiq olaraq kütlə nömrələri 1, 2 və 3. Protium və deuterium sabit izotoplardır. Tritium - beta radioaktivdir, yarımxaricolma dövrü 12,26 ildir. H atomları müxtəlif həyəcan dərəcələrində olur.
Hidrogenə əlavə olaraq, oksigendə izotoplar da tapıldı, tanınmış sabit izotop O16 (molekulyar çəkisi 16) istisna olmaqla, onlardan beşi var. Onlardan üçü radioaktiv olub - O14, O15 və O19, O17 və O18 isə sabitdir. O16, O17 və O18 bütün təbii sularda olur və onların nisbəti (1%-ə qədər dalğalanma ilə) aşağıdakı kimidir: O16-nın 10.000 hissəsinə O17-nin 4 hissəsi və O18-in 20 hissəsi düşür.
Fiziki xüsusiyyətlərinə görə ağır oksigenli su adi sudan ağır hidrogenli sudan daha az fərqlənir. Təbii sudan fraksiya distillə yolu ilə alınır və etiketli oksigenlə dərman mənbəyi kimi istifadə olunur.
Hidrogen və oksigenin izotopik tərkibinin bütün müxtəlifliyini nəzərə alaraq, suyun izotop növlərinin geniş çeşidindən danışmaq olar. Onlardan doqquzu yalnız sabit izotopları əhatə edir və təbii suyun əsas tərkibini təşkil edir. Burada adi su H12O16 (99,73%) üstünlük təşkil edir, ardınca ağır oksigenli sular H12O17 (0,04%) və H12O18 (0,2%), eləcə də ağır su H1D1O16 (0,03%) izotop çeşidi gəlir.
Bir insanda oksigen 60% təşkil edir, lakin atomların sayına görə bütün canlılar 2/3 hidrogen atomu və ¼ oksigen atomudur. İzotop nisbəti: daxili sularda P:D = 1:4700, dəniz suyunda P:D = 1:6800 atom. Yəni kontinental sularda konsentrasiya D = 0,0135 at.% və ya 0,015 ağırlıq%, dəniz suyunda D = 0,015 at.% və ya 0,017 ağırlıq%. Təbii suda tritiumun miqdarı cüzidir - cəmi 10-18 atom faizi. Bununla belə, içməli suda da olur.
Kainat əsasən hidrogen atomlarından, hidrogen protonlarının kosmik nüvələrindən ibarət olduğundan, atmosferə nüfuz edərək O2 tutur, H2O əmələ gətirir. Bu suda çoxlu tritium və deuterium var. Hər gün Yerə 1,5 ton tritium-deuterasiya edilmiş su düşür. Buna görə də təbii tritium, deyterium və radioaktiv oksigenin əsas mənbəyi atmosferdir.
Su molekulları bir-birindən izotop tərkibinə görə fərqlənir. Hazırda hidrogenin 5 müxtəlif izotopu məlumdur. Bunlardan yalnız ikisi sabitdir: ən yüngül protium - atom kütləsi 1, o, 1H simvolu ilə işarələnir - 1 proton və 1 elektrondan və ağır hidrogendən və ya atom kütləsi 2 olan deyteriumdan ibarətdir. 2D simvolu ilə işarələnmiş - 1 proton, 1 neytron və 1 elektrondan ibarətdir. Üçüncü çox ağır hidrogen (atom kütləsi 3 olan) müvafiq olaraq 1 proton, 2 neytron və 1 elektrondan ibarətdir. Tritium radioaktivdir, yarı ömrü təxminən 12,3 ildir. Digər izotopların ömrü bir neçə saniyədən çox deyil.
Oksigenin altı izotopu var: O14, O15, O16, O17, O18 və O19. Onlardan üçü: O16, O17 və O18 sabit, O14, O15 və O19 isə radioaktiv izotoplardır. Stabil oksigen izotoplarına bütün təbii sularda rast gəlinir: onların nisbəti belədir: O16-nın 10.000 hissəsi üçün O17-nin 4 hissəsi və O18-in 20 hissəsi var.
Suyun izotopik və ya izotop təsiri hidrogen və oksigen izotoplarının atom kütlələrindəki fərq, ətalət anları və müvafiq kimyəvi bağların gücü ilə əlaqədar xassələrindəki fərqlərə əsaslanır. İzotopların kütlələrindəki nisbi fərq nə qədər kiçik olsa, elementin atom nömrəsi bir o qədər çox olar. Hidrogen izotopları üçün protium H (1H) ilə müqayisədə deuterium D (2H) üçün 100% və tritium T (3H) üçün 200% təşkil edir. Buna görə də, hidrogen üçün izotop effektləri ən çox ifadə edilir.
Suyun 42 izotopoloqu (müxtəlif izotop atomlarının birləşmələri bir sıra izotopoloq molekulları verir) (o cümlədən hidrogen və oksigenin sabit və qeyri-sabit izotopları) mövcuddur. Bunlardan otuz üç su molekulu radioaktiv, doqquzu isə sabit, dayanıqlı su molekuludur.
Müxtəlif izotop tərkibli molekulların əmələ gəlmə ehtimalı eyni deyil. 1 (protium) və oksigen - - - 16. Təbiətdə digər ağır molekulların məzmunu 0,23% -dən çox deyil, hidrogen ibarət ən kiçik kütləsi ilə molekul ən ümumi, təbiətdə suyun izotopik modifikasiyalarının məzmunu təqdim olunur. Cədvəl. bir.
Cədvəl 1
Əncirdə. Şəkil 6-da göstərilir ki, atmosfer rütubətində və təbii sularda 2Н-nin miqdarı iqlimdən, regionun dənizlərə və buzlaqlara yaxınlığından, okean səviyyəsindən yüksəklikdən asılıdır. Dünya praktikasında deyteriumun tərkibini ‰ və ya ppm ilə ifadə etmək adətdir. Ppm monodeuterated sayıdır
1 milyon molekula düşən su molekulları yalnız yüngül izotop 1H ehtiva edir. Okean səthindən su buxarlandıqca deyteriumun miqdarı 20 ppm dəyişir.
düyü. 6. Atmosferin su dövrəsində hidrogenin fraksiyalaşması
Qapalı su anbarlarında daha çox ağır su var, çünki adi su ilə müqayisədə daha az intensiv buxarlanır. Buna görə də isti iqlimi olan ərazilərdə daha çox ağır su var.
Okeanın səthi ekvatorda (155 ppm) və tez-tez rast gəlinən tropiklərdə deyteriumla zəngindir. yağıntı, formalaşması zamanı buxar fazasından suyun kondensasiyası prosesləri baş verir və ağır su yüngül sudan daha sürətli kondensasiya olunur, buna görə də yağıntılar ağır su ilə zənginləşir.
Su buxarında ən aşağı məzmun 2H üzərindədir Antarktika buz≈ 90 ppm. Qrenlandiyanın buzunda deyteriumun nisbəti də azdır (126 ppm). Təbii sularda deyteriumun tərkibi müxtəlif mənşəli Cədvəldə göstərilmişdir. 2.
İrkutsk vilayətinin təbii sularında deuteriumun tərkibinin Rusiyanın Avropa hissəsində və Avropada olduğundan aşağı olduğuna diqqət yetirmək lazımdır. Beləliklə, Baykalda D / H 137,0 ppm, bəzilərində isə mineral bulaqlar- 132,0 ppm, Avropada oxşar mənbələrdə D-nin tərkibi ən azı 145-150 ppm-dir. Belə məlumatlar
mineral mənbəyini müəyyən etmək üçün istifadə edilə bilər
və süfrə suyu (Cədvəl 2).
cədvəl 2
İzotop tərkibinə görə yüngül, ağır və yarı ağır sular fərqləndirilir.
Təbiətdə yalnız yüngül izotoplu su yoxdur. Sıfır su təmiz yüngül hidrogen və atmosfer oksigenindən ibarətdir. Bu su istinad olaraq seçilir: çox sabit tərkibə malikdir. Onunla naməlum tərkibli suyu müqayisə etmək rahatdır: sıxlıq fərqini təyin etməklə deyteriumun tərkibini tapmaq asandır. Formal olaraq protium suyu yüngül su adlanır. Yüngül suyun iş standartı, havada müvafiq oksigen izotoplarının olduğu eyni nisbətdə alınan 1H216O, 1H217O və 1H218O tərkibli su növlərinin qarışığı hesab olunur.
Ağır su, protiumun tamamilə deuterium ilə əvəz olunduğu və D2O düsturu ilə təmsil olunan sudur. Bu suda oksigenin izotopik tərkibi adətən atmosfer oksigeninin tərkibinə uyğun gəlir. Ağır suyun sıxlığı 1104 kq/m3 təşkil edir. Ağır su daha yüksək temperaturda qaynayır və yüngül sudan daha aşağı temperaturda donur.
Yarı ağır, qarışıq HDO molekulları olan sudur. Hər hansı bir təbii suda olur, lakin onu saf formada əldə etmək mümkün deyil, çünki izotop mübadiləsi reaksiyaları həmişə suda baş verir. Hidrogen izotoplarının atomları çox hərəkətlidir və davamlı olaraq bir molekuldan digərinə keçir. Orta tərkibi yarı ağır suyun düsturuna uyğun olacaq suyu hazırlamaq çətin deyil. Amma mübadilə reaksiyasına görə o, müxtəlif izotop tərkibi H2O, HDO, D2O olan molekulların qarışığı olacaq.
Bütün sadalanan sulara əlavə olaraq, hələ də oksigen 18 atom kütləsi olan ağır oksigen suyu var.
Su molekullarının izotopik modifikasiyaları var fərqli hərəkət suyun strukturu haqqında. Məsələn, suyun səthə yaxın təbəqəsinin nizamlı strukturunun öz-özünə təşkili onun H2O molekullarından daha yüksək assosiasiya enerjisinə malik olan HDO molekulları tərəfindən sabitləşməsi nəticəsində baş verir.
“Akademiya Təbiət Tarixi” nəşriyyatında çap olunan jurnalları diqqətinizə çatdırırıq.
