Тяжелая вода - путь к лёгкой жизни?

В отличии от получивших за последнее время в медиа-пространстве широкое распространение терминов «живая вода» и «мёртвая вода», тяжелая вода - это вполне адекватное и используемое в научной среде название. Применяется оно для обозначения вещества, которое имеет аналогичный химический состав с обычной водой, но обладает уникальными особенностями и свойствами. Эти особенности и свойства являются не только поводом для псевдонаучных спекуляций и «страшилок», но и одни из ключевых факторов развития современной энергетики.

О воде известно не все

Человеку, не являющемуся специалистом в химии, поначалу довольно сложно понять, а чём же заключается разница между обычной, привычной нам, водой и тяжёлой водой. Потому что химическая формула тяжёлой воды совпадает с формулой воды обыкновенной: два атом водорода соединены с одним атомом кислорода. Поэтому для ответа на вопрос, что такое тяжёлая вода, нужно смотреть глубже. А глубже можно обнаружить, что водород бывает разный, с различными изотопами. Тот водород, который является основой для обычной воды, имеет лёгкий изотоп, известный среди учёных как протий. Тогда как водород, составляющий молекулу тяжёлой воды, имеет тяжёлый изотоп, обозначаемый как дейтерий. По этой причине формула тяжёлой воды в научном обиходе выглядит довольно любопытным образом: либо 2H2O («двойной» водород должен обозначать более тяжёлый изотоп), либо D2O (непосредственно обозначается дейтерий).

В силу этого обстоятельство тяжёлая вода приобретает совершенно специфические свойства, хотя с точки зрения внешних физических характеристик является совершенно стандартной бесцветной жидкостью без цвета и запаха. Прежде всего, вода вообще бывает нескольких видов, которых в зависимости от различных изотопов водорода различается восемнадцать. Например, известна так называемая полутяжёлая вода, отличающаяся тем, что один из двух атомов водорода в ней имеет лёгкий изотоп протия, а второй атом водорода - тяжёлый изотоп дейтерия. Также хорошо известна сверхтяжёлая вода, имеющая ещё более тяжёлый изотоп водорода тритий, благодаря которому вода приобретает высокую радиотоксичность.

Поэтому когда термин «тяжёлая вода» связывают с тем, что могут содержаться тяжёлые металлы в воде, это неправильное понимание явления. Тяжёлая вода отличается от обычной по целому ряду физических характеристик. Например, критическая плотность тяжёлой воды (то есть значение плотности вещества, при котором исчезают различия между жидким и газообразным состоянием) выше, чем у простой воды - 0,363 грамма на сантиметр кубический против 0,322 грамма на сантиметр кубический. Впрочем, куда большее значение имеет такое свойство тяжёлой воды, как замедление реакций фактически со всеми веществами.

Совсем молодая вода

Вода является источником жизни и причиной возникновения человеческой цивилизации, так что с водой у человечества очень древние и тесные отношения. А вот тяжёлая вода в нашей картине мира появилась совсем недавно, примерно 80 лет назад. И, как это довольно части случалось в истории науки, открытие тяжёлой воды было, если не случайным, то уж точно не целенаправленным. Важнейшее место в открытии нового вещества принадлежит американскому физику Гарольду Юри, который занимался исследованием водорода. Юри был сторонником теории своего учителя Эрнеста Резерфорда о существовании у водорода стабильных изотопов, неизвестных науке.

В ходе опытов по поискам такого изотопа Юри и его командой в 1931-1932 годах были проведены эксперименты с выпариванием воды, в остатке которой и был обнаружен изотоп, получивший название дейтерий. Сообщение об этом открытии стало научной сенсацией. Учёные тут же принялись искать варианты получения вещества, в котором бы наблюдалось высокая и стабильная концентрация дейтерия. Это удалось сделать другому американцу. Гилберту Льюису, который в 1933 году в ходе экспериментов с электролизом воды сумел получить вещество с почти стопроцентным содержанием изотопов дейтерия. Это вещество Льюис и назвал тяжёлой (или дейтериевой) водой.