Përbërja izotopike e ujit. modifikimet izotopike. Vetitë fizike të ujit

Izotop i ujit

Izotopet janë varietete të atomeve të njëjtë element kimik, që kanë të njëjtën ngarkesë bërthamore dhe strukturën e predhave elektronike, të ndryshme në masën e bërthamave. Dallimi në masë është për faktin se bërthamat izotopike përmbajnë të njëjtin numër protonet fq dhe numër të ndryshëm neutronet n. Kombinimet e atomeve të ndryshme të izotopeve japin një grup molekulash izotopologjike.

Izotopologët janë molekula që ndryshojnë vetëm në përbërjen izotopike të atomeve nga të cilat përbëhen. Një izotopol përbëhet nga të paktën një atom i një elementi kimik të caktuar, i cili ndryshon në numrin e neutroneve nga pjesa tjetër.

Molekula e ujit përbëhet nga dy atome hidrogjeni dhe një atom oksigjeni.

Hidrogjeni ka dy izotope të qëndrueshme - protium (H) - 1 H dhe deuterium (D) - 2 H.

Oksigjeni ka tre izotope të qëndrueshme: 16O, 17O dhe 18O.

Molekula 1 H 2 16 O është më e lehta nga të gjithë izotopologët e ujit. Është uji 1 H 2 16 O që duhet konsideruar si ujë klasik ose i lehtë.

UJI I RENDE DHE I LEHTE

Uji i lehtë si përbërje monoizotopike 1 H 2 16 O është rasti kufizues i pastërtisë izotopike. AT vivo ujë kaq i pastër i lehtë nuk ekziston. Për të marrë një izotopolog 1 H 2 16 O, kryhet pastrimi i imët shumëfazësh i ujërave natyrore ose sintetizohet nga elementët fillestarë 1 H 2 dhe 16 O 2 . Uji natyror është një përzierje shumëkomponente e izotopologëve. Përmbajtja e izotopologut më të lehtë në të tejkalon ndjeshëm përqendrimin e të gjithë të tjerëve të kombinuar.

Deri në vitin 1932, askush nuk e kishte idenë se në natyrë mund të kishte edhe ujë të rëndë, i cili mund të përfshinte izotope të rënda të hidrogjenit - deuterium dhe tritium, madje edhe në sasi të vogla. Ishte kjo rrethanë që ishte arsyeja që këta elementë po “fshiheshin” nga shkencëtarët, duke u maskuar si gabime eksperimentale dhe saktësi të pamjaftueshme të matjes. Hidrogjeni i rëndë - deuteriumi u zbulua nga kimisti fizik amerikan Harold Urey (1893-1981) në 1931. G. Urey urdhëroi një nga ndihmësit e tij të avullonte gjashtë litra hidrogjen të lëngshëm dhe në fraksionin e fundit me një vëllim prej 3 cm, një izotop i rëndë hidrogjeni, me një masë atomike dyfishin e protiumit të njohur, u zbulua nga analiza spektrale për hera e parë. Shkencëtarët arritën në përfundimin se, me sa duket, ekziston një izotop i rëndë i hidrogjenit me një peshë atomike prej 2. Në vitin 1932, G. Urey dhe E.F. Osborne u zbulua për herë të parë në ujë natyral ujë të rëndë. Dy vjet më vonë, Harold Urey u shpërblye Çmimi Nobël. Zbulimi i izotopit të tretë të hidrogjenit super të rëndë të tritiumit me një peshë atomike 3 u mbajt sekret për arsye strategjike gjatë viteve të para. Në vitin 1951 u mor dhe u studiua uji me tritium. Nëse uji i deuteriumit tashmë është studiuar mirë në pothuajse të gjitha degët e shkencës dhe teknologjisë, atëherë ora "yll" e ujit me tritium nuk ka ardhur ende, sepse ka një sasi shumë të vogël tritium në Tokë. Në total, është rreth 25-30 kg në Tokë dhe gjendet kryesisht në ujërat botërore (rreth 20 kg). Por sasia e tij në ujërat e Tokës po rritet vazhdimisht, pasi formohet gjatë bombardimit të bërthamave të azotit dhe oksigjenit të atmosferës nga rrezet kozmike. Si rezultat, përmbajtja e tritiumit në ujërat origjinale (relikte) po rritet vazhdimisht. Ndryshe nga protiumi dhe deuteriumi, tritiumi është një element radioaktiv me një gjysmë jetëgjatësi prej nëntë vjetësh. Për sa i përket vetive të tij, uji me tritium shumë i rëndë ndryshon nga uji protium (i lehtë) më shumë se uji deuteriumi. Tritiumi gjenerohet në shtresat tepër të larta të atmosferës, kryesisht kur bërthamat e azotit dhe oksigjenit bombardohen nga neutronet e rrezatimit kozmik. Në ujin natyror, përmbajtja e tritiumit është e papërfillshme - vetëm 10-18 përqind atomike. E megjithatë është në ujin që ne pimë dhe për vite të gjata jetën që ai bën dëm thelbësor gjenet tona, duke shkaktuar plakje, sëmundje. Uji i rëndë deuterium përftohet me një prani të vogël të ujit tritium të përqendruar në mbetjet e elektrolitit pas dekompozimit elektrolitik të ujit natyror, si dhe gjatë distilimit të pjesshëm të hidrogjenit të lëngshëm. prodhimit industrial Uji i rëndë rritet çdo vit në pothuajse të gjitha vendet, dhe veçanërisht në vendet me armë nukleare. Uji i rëndë përdoret kryesisht si moderator i neutroneve të shpejta në ndarjen e elementeve radioaktive në reaktorët bërthamorë. Perspektiva e përdorimit të ujit të rëndë për nevojat e njerëzimit është madhështore. Uji i rëndë mund të bëhet një burim i pashtershëm energjie: 1 gram deuterium mund të sigurojë 10 milionë herë më shumë energji sesa djegia e 1 gram qymyri. Dhe rezervat e deuteriumit në Oqeanin Botëror janë vërtet kolosale - rreth 1015 tonë. Uji tritium është ende me përdorim të kufizuar dhe aktualisht përdoret kryesisht në reaksionet termonukleare. gjithashtu në kërkimet fiziko-kimike dhe biologjike si molekula radioaktive të etiketuara HTO. Duke pasur parasysh diversitetin e përbërjes izotopike të hidrogjenit dhe oksigjenit, pjesë e madhe Besueshmëria mund të argumentohet për praninë e 36 varieteteve izotopike të ujit natyror.

IZOTOPET NË UJË

Hidrogjeni i ujit ka tre izotope: protium 1 H (proton + elektron), deuterium 2 H ose D (proton + neutron + elektron), tritium 3 H ose T (proton + dy neutrone + elektron), s. numrat masiv 1, 2 dhe 3, respektivisht. Protium dhe deuterium janë izotope të qëndrueshme. Tritium - beta është radioaktiv, gjysma e jetës është 12.26 vjet. Atomet H janë shkallë të ndryshme zgjimin.

Përveç hidrogjenit, izotopet u gjetën edhe në oksigjen, janë pesë prej tyre, përveç izotopit të mirënjohur të qëndrueshëm O 16 (me një peshë molekulare 16). Tre prej tyre rezultuan të ishin radioaktive - O 14, O 15 dhe O 19, dhe O 17 dhe O 18 - të qëndrueshme. O 16, O 17 dhe O 18 gjenden në të gjitha ujërat natyrore

Për sa i përket vetive fizike, uji i rëndë me oksigjen ndryshon më pak nga uji i zakonshëm sesa uji i rëndë me hidrogjen. Përftohet nga uji natyral me distilim të pjesshëm dhe përdoret si burim barnash me oksigjen të etiketuar.

Në varësi të llojeve dhe përmbajtjes së izotopeve të hidrogjenit (H, D, T) dhe oksigjenit (O 14, O 15, O 16, O 17, O 18, O 19), nga shkalla e pastërtisë dhe ndotjes, studiuesit dallojnë mbi një mijëra varietete ujë i pijshëm.

VETITË BIOLOGJIKE TË UJIT ME PËRBËRJE TË NDRYSHME IZOTOPI

Uji i pasuruar me deuterium, tritium, izotope të rënda dhe radioaktive të oksigjenit është i dëmshëm për të gjitha gjallesat dhe njerëzit.

Si një mjedis universal në të cilin zhvillohen të gjitha reaksionet biologjike, uji i lehtë rrit shpejtësinë e këtyre reaksioneve në krahasim me ujin me përbërje natyrale izotopike. Ky efekt njihet si efekti i izotopit kinetik të tretësit. Vetitë transportuese të ujit të lehtë janë vërtetuar duke studiuar efektin e izotopologëve të rëndë në përbërjen e ujit natyror në dinamikën e sekretimit të ngjyrës blu metilen nga sistemi i nuhatjes së bretkosave me kthetra. Pastrimi i ujit nga izotopologët e rëndë ka efektin më të fortë në aparatin energjetik të një qelize të gjallë. Uji i lehtë shfaq aktivitet antitumor, i cili tregohet në punën e shkencëtarëve të kryer në qendrat kërkimore vende të ndryshme. Vetitë toksikombrojtëse të ujit të lehtë janë konfirmuar studime eksperimentale, nga ku rrjedh se uji i lehtë, i pastruar nga izotoologë të rëndë, largon në mënyrë efektive toksinat dhe produktet metabolike nga trupi për shkak të vetive të tij transportuese. Efekti i ujit të lehtë në pacientët me diabet të tipit II u vu re gjithashtu. Rezultatet e një studimi të hapur paraklinik që zgjati 90 ditë treguan se nën ndikimin e ujit të lehtë tek vullnetarët u ul. nivel i ngritur glukoza e agjërimit dhe reduktimi i rezistencës ndaj insulinës.

Efektet biologjike të ujit të rëndë janë:

ulje e shpejtësisë bio reaksionet kimike, frymëmarrja e indeve Rritja e viskozitetit të protoplazmës qelizore, shkalla e plakjes së trupit Induktimi i mutacioneve, dëmtimi i grupit të gjeneve, kanceri, sëmundje të tjera Frenimi i ndarjes qelizore, zvogëlimi i rritjes Vdekja e vertebrorëve më të lartë

Parametrat më të rëndësishëm të ujit të pijshëm për shëndetin

Përbërja izotopike e ujit të pijshëm

Kjo temë aktualisht jo popullor në Rusi, por jashtëzakonisht i rëndësishëm për shkak të perspektivave të tij.

Çfarë është uji - H 2 O - për nga elementët përbërës?

99,727% llogaritet nga molekulat e ujit që përbëhen nga protium dhe oksigjen-16, d.m.th. në fraksionin e molekulave 1 H 2 16 O.

Uji më i rëndë paraqitet në përmasa: H 2 18 O - 73,5%; 1 H 2 17 O - 14,7%; 1 HD 16 O - 11,5%. Në ujin e burimeve të ujërave të ëmbla, përmbajtja e ujit të rëndë me hidrogjen 1 HD 16 O është rreth 330 mg/litër, dhe uji i rëndë me oksigjen 1 H 2 18 O është rreth 2 gram/litër. Përqendrime të tilla janë të krahasueshme me përmbajtjen e kripës dhe madje tejkalojnë kufirin e tyre. normat e lejuara . Përmbajtja e deuteriumit varion nga 90 ppm në ujin e akullit të Antarktikut deri në 180 ppm në ujërat e Saharasë.

Është vërtetuar shkencërisht se uji natyror me një përmbajtje të reduktuar të izotopeve të rënda të hidrogjenit dhe oksigjenit ka stimulues dhe vetitë medicinale. ato. qelizë e gjallë reagon edhe ndaj një ndryshimi të vogël të përmbajtjes së izotopeve të rënda në ujë.

Deuteriumi është një frenues universal i jetës. Është gjithmonë i pranishëm në çdo ujë. Përqendrimi i tij përcakton cilësinë e ujit të pijshëm.

Nëse e konsiderojmë deuteriumin si një mikroelement, i cili është pjesë jo vetëm e ujit, por edhe e përbërjeve organike më të rëndësishme, atëherë për nga rëndësia mund të vihet në një nga vendet e para, nëse jo në radhë të parë. Ndër elementët e tjerë në trupin e njeriut, D shfaqet menjëherë pas natriumit. Përmbajtja e tij në plazmën e gjakut është 4 herë më shumë se kaliumi, 6 herë më shumë se kalciumi, 10 herë më shumë se magnezi dhe shumë më tepër se përmbajtja e elementëve gjurmë thelbësorë si fluori, hekuri, jodi, bakri, mangani dhe kobalti. Të gjithë e dinë për kalciumin. Kush i kushton vëmendje deuteriumit?

Në shtëpi, është e pamundur të pastrohet plotësisht uji nga deuterium, dhe kjo nuk është e nevojshme. Për të marrë një efekt shërues, është e rëndësishme vetëm të zvogëlohet përqendrimi i tij. Nga opsionet e disponueshme Metoda e njohur e përgatitjes së ujit protium. Thelbi i metodës është ngrirja e ujit të filtruar në frigorifer. Kur shfaqet akulli i parë në sipërfaqen e ujit dhe në muret e enës, uji duhet të derdhet në një enë tjetër dhe akulli duhet të hidhet, sepse. do të përmbajë një përqendrim të shtuar të deuteriumit. Arsyeja për këtë është se uji i rëndë ngrin në +3.8°C. Pavarësisht besueshmërisë në dukje të dukshme të kësaj metode, ajo nuk siguron një ulje të konsiderueshme të përmbajtjes së ujit të rëndë, sepse Në fakt, nuk është uji i rëndë ai që ngrin i pari, por uji më afër mureve të ftohta të enës. Megjithatë, nëse uji përzihet në mënyrë aktive gjatë ftohjes së tij, atëherë kristalet e formuara në të përmbajnë me të vërtetë një përqendrim të shtuar të ujit të rëndë.

Ulja e përqendrimit të ujit të rëndë edhe me 2-3% rrit në mënyrë dramatike vetitë biostimuluese të ujit.

Pajisjet për të përcaktuar përqendrimin e deuteriumit nuk dihen.

Pajisjet shtëpiake për përgatitjen e ujit të lehtë nuk dihen.

Por një nga kërcimet revolucionare në cilësinë e përgatitjes së ujit të pijshëm në vitet në vijim do të bëhet në këtë drejtim.

Fjalorth

Izotop- një atom i të njëjtit element kimik, bërthama e të cilit ka të njëjtin numër protonesh si elementi kryesor, por sasi të ndryshme neutronet. Për shkak të kësaj, izotopet kanë masa atomike të ndryshme.

Protium- një izotop i qëndrueshëm i hidrogjenit me numër masiv 1. Bërthama e një atomi protium përbëhet nga një proton.

Deuterium- D, 2 H, hidrogjen i rëndë, një izotop i qëndrueshëm i hidrogjenit me një numër masiv prej 2. dallim i madh në masat e D dhe 1 H shkakton një ndryshim të rëndësishëm në vetitë e tyre (për shembull, ritmet e disa reaksioneve kimike ndryshojnë për substancat që përmbajnë D dhe 1 H me 5-10 herë).

Tritium- izotopi më i rëndë i hidrogjenit me një numër masiv prej 3.

ppm- pjesë për milion - numri i pjesëve për milion.

Studimi i izotopeve të oksigjenit (O 16, O 17, O 18) dhe hidrogjenit (H 1, H 2, H 3) tregoi se, në varësi të kombinimeve të tyre, 18 lloje të ndryshme ujë. Vëmendje e veçantë tani të tërhequr i rëndë ose i vdekur ujë (H 2 2 O ose D 2 O), i cili ndryshon nga uji i zakonshëm në vetitë e tij të veçanta biologjike. Farat nuk mbijnë në të, është vdekjeprurëse për organizma të ndryshëm. Megjithatë, përmbajtja e këtij uji është zakonisht e papërfillshme dhe nuk ka një efekt të dëmshëm. Uji i rëndë ka një densitet prej 1,106, dendësia maksimale është në + 11,8 0 С, t bp. \u003d 101,42 0, t shkrihet. = 3,82.

Studimi i izotopeve të hidrogjenit ka treguar se fraksionimi i tyre natyror varet nga shumë faktorë. Me rritjen e moshës së ujërave (ujërat sedimentare), rritet sasia e deuteriumit; Uji i kristalizimit, si dhe uji i përmbajtur në indet e bimëve dhe kafshëve, doli të jetë më i rëndë se uji i zakonshëm. Uji tepër i rëndë (T 2 O 18 ose H 2 3 O 18) ka një dendësi prej 24, d.m.th. është 33% më i rëndë se uji i zakonshëm. Gravitet specifikështë 1.332, t kip. 103-105 0 C, pika e shkrirjes së akullit 8-10 0, pika e densitetit më të madh 18-20 0 C.

Disa studiues (A.S. Uklonsky dhe të tjerë) besojnë se oksigjeni O 16 është karakteristik për ujin atmosferik, ujin në sipërfaqen e Tokës dhe ujërat nëntokësore ushqyer nga reshjet atmosferike; O 17 - për oqeanet, dhe O 18 - për ujërat e thella të litosferës. Është mjaft e mundur që ndryshueshmëria e përbërjes izotopike të ujit, së bashku me strukturën, të jetë një nga arsyet për shfaqjen e anomalive të natyrshme në ujë.

14.4 Vetitë fizike të ujit

Vetitë fizike kryesore të ujërave natyrore, të cilat zakonisht përcaktohen në studimet hidrogjeologjike, përfshijnë: temperaturën, ngjyrën, transparencën, shijen, erën, peshën specifike.

Temperatura.

Temperatura e ujërave nëntokësore ndryshon shumë: nga minus në zonën e permafrostit (-13,5 0 C) në temperaturën e avujve të mbinxehur (> 120 0 C) në zonat e aktivitetit të ri vullkanik dhe në thellësi të mëdha. Temperatura e ujit ka një efekt të caktuar në përbërje kimike. Rritja e temperaturës rrit shpejtësinë e lëvizjes së molekulave në tretësirë dhe shpejtësinë e shumicës së reaksioneve fizike dhe kimike (rregulli i Ostwald). Përcaktimi i temperaturës së ujit kryhet me termometra të ndryshëm, përdoren të ashtuquajturit termometra pranverorë (dembelë), si dhe maksimalë dhe minimalë. Më të ndjeshëm dhe më të saktë janë termometrat elektrikë dhe sensorët elektronikë.

Transparenca.

Transparenca e ujit varet nga sasia e grimcave të pezulluara në të. Në mënyrë cilësore, përcaktohet në një epruvetë në të cilën derdhen 10 ml ujë. Duke parë nga lart, përcaktoni shkallën e transparencës së ujit sipas nomenklaturës: transparent, pak opalescent, opalescent, pak i turbullt, i turbullt, shumë i turbullt. Përcaktimi sasior i transparencës kryhet në një pajisje - një cilindër me një fund të sheshtë tokësor tredimensional, të graduar në centimetra në lartësi. Transparenca shprehet në centimetra të lartësisë së kolonës me një saktësi prej 0,5 cm. Për të përcaktuar sasinë e grimcave të pezulluara, një mostër uji (0,5-1,0 l) tundet dhe filtrohet përmes një kavanozi të peshuar me një fund poroz ose përmes një filtri të peshuar, më pas thahet dhe peshohet. Në rastin e ndryshimit të transparencës së ujit gjatë qëndrimit, ato e karakterizojnë precipitatin (asnjë, i parëndësishëm, i dukshëm, i madh) dhe në cilësi (kristalor, i krisur, i lyer, ranor, etj.) duke treguar ngjyrën e tij.

Ngjyrë.

Ngjyra e ujit në një farë mase karakterizon cilësinë e tij. Kimikisht uje i pasterështë i pangjyrë dhe vetëm në një shtresë disa metra të trashë merr ngjyrë blu. Jepini ngjyrë ujit papastërtitë mekanike. Ngjyra e verdhë është tipike për ujërat e kënetës që përmbajnë substanca humike. Ndonjëherë uji ka ngjyrën e çajit (R. Chaya). Uji bëhet i zi për shkak të formimit të monosulfidit të hekurit në kushte sipërfaqësore, pas nxjerrjes së tij nga thellësia.

Një përcaktim cilësor i ngjyrës kryhet në ujë të pastër, në një epruvetë, nën të cilën zëvendësohet letra e bardhë. Ngjyra e ujit karakterizohet si më poshtë: e pangjyrë, e gjelbër, e verdhë, kafe, etj.

Përcaktimi sasior kryhet duke krahasuar ujin e provës, të derdhur në një cilindër qelqi 100 ml pa ngjyrë dhe 20 cm të lartë, me një tretësirë standarde platin-kobalt, të derdhur në të njëjtin cilindër, kur shihet në një sfond të bardhë.

Shije.

Shija e ujit varet nga përbërja e substancave të tretura në të. Për shembull, shija e kripur shkaktohet nga NaCl, e hidhur nga MgSO4, e ndryshkur ose e ngjyrosur nga kripërat e hekurit. Ujërat e pasur me lëndë organike kanë një shije të ëmbël.

Për të përcaktuar shijen, uji nxehet në 30 0 C, rreth 15 ml futen në gojë dhe mbahet për disa sekonda. Dallojnë: të kripura, të hidhura, të ëmbla dhe shije të thartë, si dhe amëz: klor, peshk, metal, etj.

Erë.

Era e ujit tregon ose praninë e gazrave me origjinë biokimike (H 2 S, etj.) ose praninë e substancave organike në kalbje.

E ngrohin ujin në një epruvetë me tapë dhe më pas e nuhasin, natyrën e erës: pa erë, sulfur hidrogjeni, moçal, argjilë, myk, etj. me pikë (nga 0 në 5).

Graviteti specifik (dendësia, g/cm 3 ).

Varet nga vlera e mineralizimit, temperatura, ngopja e gazit etj.). Përcaktohet: afërsisht - nga një hidrometër, saktësisht - nga një piknometër, në një temperaturë të caktuar.

Si oksigjeni ashtu edhe hidrogjeni kanë izotope natyrale dhe artificiale. Në varësi të llojit të izotopeve të hidrogjenit të përfshirë në molekulë, ato lëshojnë llojet e mëposhtme ujë:

Ujë i lehtë (përbërësi kryesor i ujit i njohur për njerëzit) H2O.

Ujë i rëndë (deuterium) D2O.

Ujë tepër i rëndë (tritium) T2O.

Tritium Deuterium Uji TDO

Uji tritium protium THO

Uji deuterium protium DHO

Tre llojet e fundit janë të mundshme sepse molekula e ujit përmban dy atome hidrogjeni. Protium është izotopi më i lehtë i hidrogjenit. Deuteriumi ka një masë atomike prej 2,0141017778 amu.Tritiumi është më i rëndëi, me një masë atomike prej 3,0160492777 amu.

Dihet që uji i rëndë nuk mbështet jetën, domethënë, shumica e organizmave të gjallë (me përjashtim të disa mikroorganizmave dhe kërpudhave) vdesin në ujë të tillë.

Sipas izotopeve të qëndrueshme të oksigjenit 16O, 17O dhe 18O, ekzistojnë tre lloje të molekulave të ujit. Kështu, sipas përbërjes izotopike, ekzistojnë 18 molekula të ndryshme uji. Në fakt, çdo ujë përmban të gjitha llojet e molekulave.

Atomet e hidrogjenit dhe oksigjenit që formojnë ujin ose oksidin e hidrogjenit mund të kenë numra të ndryshëm masiv dhe të ndryshojnë nga njëri-tjetri në vetite fizike dhe kimike, por në të njëjtën kohë kanë të njëjtën ngarkesë elektrike të bërthamave atomike dhe për këtë arsye zënë në sistemi periodik elementet në të njëjtin vend. Llojet e tilla të atomeve të të njëjtit element kimik quhen izotopë.

Janë të njohura pesë hidrogjene dhe pesë oksigjen. Vërtetë, dy prej tyre (4H, 5H, 14O dhe 15O) janë radioaktive dhe shumë jetëshkurtër. Për shembull, kohëzgjatja e ekzistencës së hidrogjenit-4 është 4 10-11 sek. Izotopë të tillë jetëshkurtër përjashtohen nga shqyrtimi ynë.

Pra, izotopet e mëposhtëm të hidrogjenit janë më të njohurit: protium 1H (me masë atomike relative 1) deuterium 2H, ose D (me masë atomike relative 2) dhe tritium 3H, ose T (me masë atomike relative prej 3) hidrogjeni më i rëndë, por pak radioaktiv (gjysma e jetës së tij është 12.3 vjet), dhe izotopet e oksigjenit: 16O, 17O dhe 18O. Këto gjashtë izotope mund të formojnë 18 lloje izotopike të ujit: 1H216O; 1HD16O; D216O; 1HT16O; DT16O; T2O16; 1H217O; 1HD17O; D217O; lHT17O; DT17O; T217O; 1H218O; 1HD18O; D218O; 1HT18O; DT18O; T218O.

Tritiumi dhe oksigjeni-17 gjenden në ujërat natyrore vetëm në formë gjurmësh, ndërsa deuteriumi dhe oksigjeni-18 gjenden në sasi të prekshme, të cilat i paraqesim në Tab. 2, ku në të njëjtën kohë krahasohen këto sasi të kushtëzuara me përmbajtjen në uji i detit disa elementë të tjerë.

Duke kombinuar përbërësit izotopikë të ujit natyror, mund të themi si vijon: ujërat tokësore përmbajnë 99,75% ujë "të lehtë", 0,18% oksigjen të rëndë dhe 0,017% hidrogjen të rëndë. Sigurisht, këto janë mesatare të përafërta. Në Tokë, ka një atom deuterium për çdo 6800 atome protium, dhe në hapësirën ndëryjore, ka tashmë një atom deuterium për çdo 200 atome protium.

Deuteriumi formohet nga ndarja e bërthamave të heliumit, kur ato përplasen me njëra-tjetrën dhe një neutron kapet nga një proton.

Uji atmosferik në procesin e qarkullimit pasurohet me deuterium si rezultat i shpërndarjes së protiumit në hapësirën e jashtme. Është falë kësaj uji i shiut më të pasura me hidrogjen të rëndë.

Tritiumi mund të hyjë në atmosferë si rezultat i proceseve kozmike, si dhe të pasurojë ujin e tokës, edhe pse në sasi shumë të vogla, me ujë tepër të rëndë.

Në atmosferë ka një tepricë të caktuar të oksigjenit të rëndë-18, i cili vjen si pasojë e dekompozimit të bimëve që e përmbajnë në sasi të shtuar.

Varietetet izotopike të ujit ndryshojnë kryesisht në karakteristikat e tyre fiziko-kimike. Deuteriumi është shumë higroskopik, duke thithur me lakmi lagështinë nga ajri dhe nga muret e enës. Tretshmëria e disa kripërave në ujë të rëndë është dukshëm më e vogël se në ujin e zakonshëm; me një rritje të përmbajtjes së deuteriumit, vërehet një rënie në shpejtësinë e disa reaksioneve.

Hidrogjeni i ujit ka tre izotope: protium 1H (proton + elektron), deuterium 2H ose D (proton + neutron + elektron), tritium 3H ose T (proton + dy neutrone + elektron), me numra masiv përkatësisht 1, 2 dhe 3. Protiumi dhe deuteriumi janë izotopë të qëndrueshëm. Tritium - beta është radioaktiv, gjysma e jetës është 12.26 vjet. Atomet H vijnë në shkallë të ndryshme ngacmimi.

Përveç hidrogjenit, izotopet u gjetën edhe në oksigjen, janë pesë prej tyre, përveç izotopit të mirënjohur të qëndrueshëm O16 (me një peshë molekulare 16). Tre prej tyre doli të ishin radioaktive - O14, O15 dhe O19, dhe O17 dhe O18 - të qëndrueshme. O16, O17 dhe O18 përmbahen në të gjitha ujërat natyrore dhe raporti i tyre (me luhatje deri në 1%) është si më poshtë: 4 pjesë të O17 dhe 20 pjesë të O18 bien në 10,000 pjesë të O16.

Duke marrë parasysh të gjithë diversitetin e përbërjes izotopike të hidrogjenit dhe oksigjenit, mund të flitet për një shumëllojshmëri të gjerë të varieteteve izotopike të ujit. Nëntë prej tyre përfshijnë vetëm izotope të qëndrueshme dhe përbëjnë përmbajtjen kryesore të ujit natyror. Dominohet nga uji i zakonshëm H12O16 (99,73%), i ndjekur nga ujërat e rënda me oksigjen H12O17 (0,04%) dhe H12O18 (0,2%), si dhe varieteti izotop i ujit të rëndë H1D1O16 (0,03%).

Oksigjeni në një person është 60%, por nga numri i atomeve, të gjitha qeniet e gjalla janë 2/3 atome hidrogjeni dhe ¼ atome oksigjen. Raporti i izotopeve: P:D = 1:4700 në ujërat e brendshme, P:D = 1:6800 atome në ujin e detit. Kjo do të thotë, përqendrimi në ujërat kontinentale D = 0.0135 në.% ose 0.015 wt%, në ujin e detit D = 0.015 at.% ose 0.017 wt%. Në ujin natyror, përmbajtja e tritiumit është e papërfillshme - vetëm 10-18 përqind atomike. Megjithatë, ajo gjendet edhe në ujin e pijshëm.

Meqenëse Universi përbëhet kryesisht nga atome hidrogjeni, bërthamat kozmike të protoneve të hidrogjenit, që depërtojnë në atmosferë, kapin O2, formojnë H2O. Ky ujë përmban shumë tritium dhe deuterium. Çdo ditë, 1.5 ton ujë të deuteruar me tritium bie në Tokë. Prandaj, burimi kryesor i tritiumit natyror, deuteriumit dhe oksigjenit radioaktiv është atmosfera.

Molekulat e ujit ndryshojnë nga njëra-tjetra në përbërjen e tyre izotopike. Aktualisht njihen 5 izotopë të ndryshëm të hidrogjenit. Nga këto, vetëm dy janë të qëndrueshme: protiumi më i lehtë - me masë atomike 1, shënohet me simbolin 1H - përbëhet nga 1 proton dhe 1 elektron, dhe hidrogjeni i rëndë, ose deuteriumi me masë atomike 2, është shënohet me simbolin 2D - përbëhet nga 1 proton, 1 neutron dhe 1 elektron. Hidrogjeni i tretë super i rëndë (me masë atomike 3) përkatësisht përbëhet nga 1 proton, 2 neutrone dhe 1 elektron. Tritiumi është radioaktiv, me një gjysmë jetëgjatësi prej rreth 12.3 vjet. Jetëgjatësia e izotopeve të tjerë nuk i kalon disa sekonda.

Oksigjeni ka gjashtë izotope: O14, O15, O16, O17, O18 dhe O19. Tre prej tyre: O16, O17 dhe O18 janë të qëndrueshme, dhe O14, O15 dhe O19 janë izotope radioaktive. Izotopet e qëndrueshme të oksigjenit gjenden në të gjitha ujërat natyrore: raporti i tyre është si vijon: për 10.000 pjesë të O16 ka 4 pjesë të O17 dhe 20 pjesë të O18.

Efektet izotopike ose izotopike të ujit bazohen në ndryshimet në vetitë e izotopeve të hidrogjenit dhe oksigjenit, për shkak të ndryshimit në masat e tyre atomike, momentet e inercisë dhe forcën e lidhjeve kimike përkatëse. Dallimi relativ në masat e izotopeve është sa më i vogël, aq më i madh është numri atomik i elementit. Për izotopet e hidrogjenit, është 100% për deuterium D (2H) dhe 200% për tritium T (3H) krahasuar me protium H (1H). Prandaj, për hidrogjenin, efektet izotopike janë më të theksuara.

Ekzistojnë 42 izotopologë (kombinimet e atomeve të ndryshme të izotopeve japin një grup molekulash izotopole) të ujit (përfshirë izotopet e qëndrueshme dhe të paqëndrueshme të hidrogjenit dhe oksigjenit). Nga këto, tridhjetë e tre molekula uji janë radioaktive, dhe nëntë janë molekula të qëndrueshme dhe të qëndrueshme të ujit.

Probabiliteti i formimit të molekulave me përbërje të ndryshme izotopike nuk është i njëjtë. Më e zakonshme është molekula me masën më të vogël, e përbërë nga hidrogjen - 1 (protium) dhe oksigjen - 16. Përmbajtja e molekulave të tjera më të rënda në natyrë nuk kalon 0,23%, përmbajtja e modifikimeve izotopike të ujit në natyrë është paraqitur në Tabela. një.

Tabela 1

Në fig. Figura 6 tregon se sasia e 2N në lagështinë atmosferike dhe në ujërat natyrore varet nga klima, afërsia e rajonit me detet dhe akullnajat dhe lartësia mbi nivelin e oqeanit. Në praktikën botërore, është zakon të shprehet përmbajtja e deuteriumit në ‰ ose ppm. Ppm është numri i monodeuteruar
molekulat e ujit për 1 milion molekula që përmbajnë vetëm izotopin e dritës 1H. Ndërsa uji avullon nga sipërfaqja e oqeanit, përmbajtja e deuteriumit ndryshon me 20 ppm.

Oriz. 6. Fraksionimi i hidrogjenit në ciklin e ujit atmosferik

Në rezervuarët e mbyllur, ka më shumë ujë të rëndë, pasi në krahasim me ujin e zakonshëm, ai avullohet më pak intensivisht. Prandaj, ka më shumë ujë të rëndë në zonat me klimë të nxehtë.

Sipërfaqja e oqeanit është gjithashtu e pasuruar me deuterium në ekuator (155 ppm) dhe në tropikët, ku shpesh reshjet, gjatë formimit të të cilit zhvillohen proceset e kondensimit të ujit nga faza e avullit dhe uji i rëndë kondensohet më shpejt se uji i lehtë, prandaj reshjet pasurohen me ujë të rëndë.

Përmbajtja më e ulët e 2H në avujt e ujit mbi Akulli i Antarktidës≈ 90 ppm. Përqindja e deuteriumit në akullin e Grenlandës është gjithashtu e vogël (126 ppm). Përmbajtja e deuteriumit në ujërat natyrore origjina të ndryshme treguar në tabelë. 2.

Vlen të kushtohet vëmendje për faktin se përmbajtja e deuteriumit në ujërat natyrore të rajonit të Irkutsk është më e ulët se në pjesën evropiane të Rusisë dhe në Evropë. Pra, D / H në Baikal është 137.0 ppm, dhe në disa burime minerale- 132.0 ppm, ndërsa përmbajtja e D në burime të ngjashme në Evropë është të paktën 145-150 ppm. Të dhëna të tilla
mund të përdoret për të identifikuar burimin e mineralit
dhe uji i tryezës (Tabela 2).

tabela 2

Në bazë të përbërjes izotopike dallohet uji i lehtë, i rëndë dhe gjysëm i rëndë.

Uji me vetëm izotope të lehta nuk gjendet në natyrë. Uji zero përbëhet nga hidrogjeni i pastër i lehtë dhe oksigjeni atmosferik. Ky ujë zgjidhet si referencë: ka një përbërje shumë konstante. Është i përshtatshëm për të krahasuar ujin me përbërje të panjohur me të: duke përcaktuar ndryshimin në densitet, është e lehtë të gjesh përmbajtjen e deuteriumit. Formalisht, uji protium quhet ujë i lehtë. Standardi i punës i ujit të lehtë konsiderohet të jetë një përzierje e varieteteve ujore të përbërjes 1H216O, 1H217O dhe 1H218O, të marra në të njëjtin raport në të cilin izotopet përkatëse të oksigjenit janë të pranishëm në ajër.

Uji i rëndë është uji në të cilin protiumi zëvendësohet plotësisht nga deuteriumi dhe përfaqësohet me formulën D2O. Përbërja izotopike e oksigjenit në këtë ujë zakonisht korrespondon me përbërjen e oksigjenit atmosferik. Dendësia e ujit të rëndë është 1104 kg/m3. Uji i rëndë vlon në një temperaturë më të lartë dhe ngrin në një temperaturë më të ulët se uji i lehtë.

Gjysmë i rëndë është uji me molekula të përziera HDO. Është i pranishëm në çdo ujë natyral, por është e pamundur të merret në formën e tij të pastër, sepse reaksionet e shkëmbimit të izotopeve ndodhin gjithmonë në ujë. Atomet e izotopeve të hidrogjenit janë shumë të lëvizshëm dhe vazhdimisht lëvizin nga një molekulë në tjetrën. Nuk është e vështirë të përgatitet uji, përbërja mesatare e të cilit do të korrespondojë me formulën e ujit gjysmë të rëndë. Por për shkak të reaksionit të shkëmbimit, do të jetë një përzierje molekulash me përbërje të ndryshme izotopike H2O, HDO, D2O.

Përveç të gjitha ujërave të listuara, ka ende ujë të rëndë me oksigjen me një masë atomike të oksigjenit 18.

Modifikimet izotopike të molekulave të ujit kanë veprim të ndryshëm mbi strukturën e ujit. Për shembull, vetëorganizimi i strukturës së renditur të shtresës afër sipërfaqes së ujit ndodh si rezultat i stabilizimit të tij nga molekulat HDO, të cilat kanë një energji shoqërimi më të lartë se molekulat H2O.

Ne sjellim në vëmendjen tuaj revistat e botuara nga shtëpia botuese "Academy of Natural History"