И еще несколько уникальных возможностей
Оксид водорода в нормальных условиях (при определенных показателях температуры и давления) – это бесцветная жидкость без вкуса и запаха. Но, оказывается, в таких обстоятельствах сохранять текучесть способна только вода. В аналогичной ситуации другие похожие соединения водорода предстают перед человеком в виде газов. Такие качества снова обусловлены специфическими связями внутри молекулы Н2О.
Если опрокинуть стакан, то содержимое не разлетается по сторонам, не рассыпается, а образует лужу с четко очерченными краями. Это происходит благодаря специфике молекулы воды – субстанция сохраняет вязкость и высокое поверхностное натяжение (по этому показателю монооксид дигидрогена проигрывает только ртути).
Оксид водорода является одним из лучших веществ-растворителей. Избегая научной терминологии, этот процесс можно описать примерно так. Молекулы воды берут в кольцо каждую молекулу растворенного вещества. Но не хаотично, а по определенной схеме: ионы с положительным зарядом притягивают к себе атомы кислорода, а отрицательно заряженные частицы – водород. По такому же принципу вода заполняет пространство в клетках всех живых организмов.
Поскольку в воде почти всегда есть какие-либо соли, то есть присутствуют ионы с положительным и отрицательным зарядом, она также обладает способностью электропроводности. При этом чистая вода, не содержащая в себе примесей других ионов, наоборот является идеальным изолятором.
Получение дейтерия и тяжелой воды
Дейтерий — верный спутник протия. Там, где есть природная вода или другие водородные соединения, там есть и дейтерий. Естественная смесь этих двух изотопов— водород — принадлежит к числу весьма распространенных химических элементов нашей планеты; по весу его около одного процента. В атмосфере Солнца из ста атомов на долю водорода приходится 81 атом. В межзвездном пространстве атомы водорода встречаются в несколько сот раз чаще, чем атомы всех других химических элементов, вместе взятых.
Водород находится в природе как в виде химических соединений с другими элементами, так и в свободном состоянии. Химически не связанный, свободный водород имеется в газах, выделяющихся при извержении вулканов. Он образуется при разложении некоторых органических веществ, а также выделяется в небольших количествах растениями.
Основная масса водорода, имеющаяся в природе, входит составной частью в молекулы различных химических соединений. Вместе с углеродом и другими элементами водород образует сложные молекулы живых организмов, нефти, природных газов и так далее. Но самым распространенным химическим соединением водорода является его соединение с кислородом— вода. В воде содержится повесу 11,11 процента водорода. При разложении воды его выделяется по объему в два раза больше, чем кислорода. Общее количество воды на Земле, исчисляемое в тоннах, выражается числом с пятнадцатью нулями. Примерно десятую часть от этого количества составляет протий и две стотысячных части — дейтерий. Таким образом, на нашей планете только в воде содержится несколько десятков миллиардов тонн дейтерия.
Дейтерий может быть выделен из любого вещества, который имеет в своем составе водород. Но так как в сколько-нибудь заметных количествах дейтерий нигде в природе не концентрируется, то для его получения предпочтительнее использовать самое распространенное, легко доступное и дешевое сырье. Это сырье — обычная вода. Из природной воды можно выделить сначала тяжелую воду, а из нее, например, путем разложения электрическим током получить дейтерий. Или, наоборот, сначала выделить дейтерий, а затем, сжигая его в кислороде, получить тяжелую воду.
Но выделить из огромной массы природной воды содержащиеся в ней крохотные количества тяжелой воды очень трудно. Надо переработать тысячу литров воды, чтобы получить всего с полстакана этого драгоценного вещества.
В настоящее время разработано несколько методов получения тяжелой воды и дейтерия из природной воды. Один из них — метод перегонки. Этот метод давно известен и он широко применяется в промышленности для разделения жидких смесей. Поясним его сущность. Если жидкость находится в открытом сосуде, то с поверхности ее происходит испарение. Испарение идет при всякой
Источник
Преимущества
Использование «отработанного» урана
» (смешанного с плутонием и другими радиоактивными отходами) из отработавших топливных стержней других ядерных реакторов (без химической переработки, по циклу DUPIC ) также было опробовано в CANDU . Хотя его можно адекватно « сжечь », отходы, образующиеся при этом использовании, гораздо более опасны, поскольку они содержат высокий процент нептуния — 237 (хорошо растворим в воде), плутония -239 и ксенона — 110 (в дополнение к урану — 238 ). ). В настоящее время низкая стоимость урана делает переработку ненужной.
Использование тория в качестве топлива
Торий — металл — актинид , в четыре раза более распространенный, чем уран (даже менее затратный в извлечении и «очистке», чем уран, поскольку не требует обогащения). Он определяется как «фертильный», так как под действием потока тепловых нейтронов он превращается в торий-233, который после бета-распада превращается в делящийся элемент уран — 233 .
Низкая радиотоксичность ториевых отходов
Однако наиболее очевидным преимуществом ториево-уранового реактора является то, что касается шлака: отработавшее «топливо», выгружаемое из ториевого реактора-размножителя, имеет чрезвычайно меньшую радиотоксичность (на несколько порядков), чем любой уран-плутониевый реактор. менее чем через столетие он фактически уступает природному урану (который в любом случае очень опасен, поскольку он радиоактивн), и даже в тепловых реакторах торий с самого начала уступает. Поэтому считается, что шлак должен храниться только около 300 лет (меньше, чем требуется для многих продуктов химической промышленности). Для сравнения, отработавшему «топливу» уранового реактора требуется около 300 000 лет, чтобы снизить его радиотоксичность до уровня ниже, чем у исходного природного урана, в то время как после переработки топлива самооплодотворяющегося ядерного реактора в уран-плутониевый требуются десятки лет. тысяч лет.
Пассивная безопасность
В реакторах с тяжелой водой под давлением потеря (из-за разрыва труб) или испарение хладагента (из-за катастрофического взрыва, следующего за образованием пузырьков водорода и кислорода) соответствует потере замедлителя D 2 O, поэтому реакции управляемого деления самопроизвольно прекратится после этой серьезной аварии. Хотя дейтерий нерадиоактивен, тяжелая вода может быть загрязнена тритием и другими радиоактивными частицами из активированных труб, поэтому безопаснее реактор, в котором вода не покидает здание первичной защитной оболочки, а через теплообменник отдает тепловую энергию во внешнюю среду. здание с турбинами , приводящими в движение электрические генераторы.
Производство трития
Побочным продуктом нейтронного излучения дейтерия (в тяжелой воде) является тритий , который однажды может быть использован в некоторых предлагаемых типах ядерных термоядерных реакторов (а также в термоядерной бомбе в качестве усилителя гидрида лития ).
Тяжелая вода в жизни человека
Очень часто тяжёлую воду, угнетающую всё живое, называют мёртвой. Она содержится практически во всех водах: в реках, морях, озёрах, снеге, дожде… Интересным фактом является то, что в осадках в виде дождя дейтерия несколько больше, чем в снеге. Поскольку, по мнению некоторых исследователей, избыточное употребление тяжелой воды провоцирует многие заболевания, в некоторых случаях необходимо контролировать количество ее потребления.
Однако, следуя принципу, что в природе не бывает ничего лишнего, свойства тяжёлой воды и польза от её применения в разных сферах требует тщательного изучения. Ведь она имеет потенциал, который должен быть реализован в будущем.
Чтобы разгадать тайну тяжелой воды, нужно сначала понять, что такое изотопы .
Водород имеет следующие изотопы.
Дейтерий — это изотоп водорода, который содержит на один нейтрон больше, чем обычный атом этого элемента. Из-за этого дополнительного нейтрона в каждом атоме дейтерия, его масса практически вдвое больше массы атома обычного водорода.
Так же как и молекула воды (H2O), молекула тяжелой воды или оксид дейтерия (D2O) имеет два атома, связанных с одним атомом кислорода. Вместо обычных атомов водорода тяжелая вода содержит атомы дейтерия.
Как и обычная вода, тяжелая вода — это жидкость без цвета и запаха. Более того, дейтерий является стабильным изотопом. Это означает, что тяжелая вода не радиоактивна. Молярная масса тяжелой воды 20 г/моль, а вода имеет молярную массу 18 г/моль, из-за этого тяжелая вода более плотная. В твердом состоянии кубик льда оксида дейтерия D2O будет тонуть в воде, а не плавать.
В природе тяжелая вода встречается редко. Соотношение тяжелой и обычной воды составляет где-то 1: 20 000 000 молекул.
Какая польза от тяжелой воды?
Тяжелая вода используется в ядерных реакторах. В этих реакторах нейтроны движутся с невероятной скоростью и должны быть замедлены. Замедленное движение нейтронов в реакторе обеспечивает эффективное протекание реакции. Тяжелая вода выступает в качестве замедлителя нейтронов в этой реакции.
Что будет если выпить тяжелую воду?
Если вы выпьете небольшое количество тяжелой воды, то это никак не повлияет на вас. Тяжелая вода имеет сладковатый привкус.Даже выпив несколько стаканов D2O вы не отравитесь, потому что дейтерий не радиоактивен, зато вы можете почувствовать дискомфорт из-за изменения плотности жидкости.
Также вы, вероятно, ощутите небольшое изменение давления жидкости в ваших ушах. Тем не менее такое количество не должно причинить серьезного вреда вашему организму, Через несколько дней весь дейтерий будет выведен из вашего тела.
Однако, если вы будете постоянно пить тяжелую воду (что маловероятно, поскольку, вы вряд ли сможете раздобыть тяжелую воду в таких объемах), то это будет очень вредно для вашего здоровья.
Большая масса атомов дейтерия по сравнению с атомами водорода повлияет на химические реакции, которые происходят в организме. Более тяжелые молекулы D2O будут замедлять естественные химические реакции, которые регулярно происходят в теле человека. Если количество тяжелой воды достигнет 20% от общего количества воды в вашем организме, то это может привести к летальному исходу
Некоторые виды тяжелой воды, например, с атомами трития вместо дейтерия более опасны — тритий тяжелее и, что более важно, радиоактивен. Любое употребление таких жидкостей приведет к телесным повреждениям и может повлиять на целостность ДНК человека
К счастью, мы крайне редко слышим о передозировке людей тяжелой водой, главным образом, потому что получение D2O весьма дорого и трудоемко. Используя электролиз, можно получить чистую тяжелую воду, но большинство людей не имеют доступа к такому оборудованию. Покупка D2O также обходится очень недешево, стоимость оксида дейтерия более 100 долларов за 100 гр.
Тяжёлая вода́ (также оксид дейтерия) — обычно этот термин применяется для обозначения тяжёловодородной воды. Тяжёловодородная вода имеет ту же химическую формулу, что и обычная вода, но вместо атомов обычного лёгкого изотопа водорода (протия) содержит два атома тяжёлого изотопа водорода — дейтерия. Формула тяжёловодородной воды обычно записывается как D2O или 2 H2O. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без вкуса и запаха.
Что такое гидросфера
Гидросфера представляет собой водную оболочку Земли, расположенную между атмосферой (газовой оболочкой) и литосферой (твердой земной корой).
В состав гидросферы входит вода, которая представлена в 3 состояниях:
- жидком,
- твердом (ледники),
- газообразном (в виде водяного пара, входящего в состав нижних участков атмосферы).
В состав данной системы входит большое количество различных химических элементов: различных минеральных солей, газов, других соединений.
Гидросфера является динамической, постоянно меняющейся системой, образующей круговорот воды в природе, когда жидкость испаряется из источников, поднимаясь в виде газа в атмосферу, а затем конденсируется, выпадая в виде осадков.
Теории формирования
В современном научном обществе существуют 2 основных теории формирования гидросферы.
Это:
- теллурическая теория,
- космическая теория.
Приверженцы теллурической теории считают, что земная кора, атмосфера и водная оболочка планеты формировались в одно и то же время, разделяясь в результате процессов плавления и высвобождения газов, запертых в твердых веществах.
Известно, что Земля сформировалась из протопланетного облака, в составе которого уже находились различные элементы, но они входили в состав твердых частиц. Когда планета достигла довольно большого размера, в ней стали происходить определенные изменения, которые связаны с силами гравитации и распадом радиоактивных элементов в недрах Земли. Все это привело к разогреву планеты, что в свою очередь стало причиной дифференциации ее составных элементов.
Самые легкие из них, постепенно превращаясь в пар, сформировали основу атмосферы, а затем и гидросферы, более тяжелые вошли в состав земной коры и недр планеты (наиболее объемные элементы, например железо и никель, составляют земное ядро и мантию).
Водная оболочка Земли формировалась очень медленными темпами. Сначала все легкие элементы преобладали в газообразном состоянии, но благодаря тому, что температура над поверхностью планеты была сравнительно невысокой (по сравнению с ее недрами), эти газы конденсировались, образуя с течением времени гидросферу.
Космическая теория гласит, что вся вода, которая содержится на нашей планете, имеет внеземное происхождение. Она была доставлена кометами и метеорами, прилетающими из космоса. В тот период времени, когда планета только сформировалась, она подвергалась постоянным ударам космических тел, в состав которых входили мельчайшие частички воды. Конечно, их количество было весьма незначительным, но благодаря тому, что эта атака продолжалась на протяжении миллионов лет, на поверхности и в недрах планеты скопились масштабные водные запасы.
Существует мнение, что обе этих теории являются верными. Согласно этому мнению, часть гидросферы сформировалась в результате естественных планетарных процессов, характерных для планет земного типа, другая часть прибыла к нам вместе с космическими телами.
Биологическая роль и физиологическое воздействие
Тяжёлая вода токсична лишь в слабой степени, химические реакции в её среде проходят несколько медленнее по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия незначительно сильнее обычных, но за счёт двукратной разницы в массе лёгкого и тяжёлого нуклидов существенно меняется (замедляется от дейтерия) кинетика протекающих процессов ионообмена. Эксперименты над млекопитающими (мыши, крысы, собаки) показали, что замещение 25 % водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, иногда необратимой. Более высокие концентрации приводят к быстрой гибели животного; так, млекопитающие, которые пили тяжёлую воду в течение недели, погибли, когда половина воды в их теле была дейтерирована; рыбы и беспозвоночные погибают лишь при 90 % дейтерировании воды в теле. Простейшие способны адаптироваться к 70 % раствору тяжёлой воды, а водоросли и бактерии способны жить даже в чистой тяжёлой воде. Человек может без видимого вреда для здоровья выпить несколько стаканов тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. Так, в одном из экспериментов по изучению связи вестибулярного аппарата и непроизвольных движений глаз (нистагма) добровольцам предлагалось выпить от 100 до 200 граммов тяжёлой воды; в результате поглощения более плотной тяжёлой воды купулой (желатинообразной структурой в полукружных каналах) её нейтральная плавучесть в эндолимфе каналов нарушается, и возникают лёгкие нарушения пространственной ориентации, в частности нистагм. Этот эффект аналогичен возникающему при приёме алкоголя (однако в последнем случае плотность купулы уменьшается, поскольку плотность этилового спирта меньше плотности воды).
Таким образом, тяжёлая вода гораздо менее токсична, чем, например, поваренная соль. Тяжёлая вода использовалась для лечения артериальной гипертензии у людей в суточных дозах от 10 до 675 г D2O в день.
В человеческом организме содержится в качестве естественной примеси столько же дейтерия, сколько в 5 граммах тяжёлой воды; этот дейтерий в основном входит в молекулы полутяжёлой воды HDO, а также во все прочие биологические соединения, в которых есть водород.[источник не указан 1707 дней]
Некоторые люди отмечают, что тяжёлая вода сладковатая на вкус. Научное подтверждение этого факта было опубликовано в 2021 году. Установлено, что сладковатый привкус у тяжёлой воды примерно совпадает со вкусом 0,05 М раствора сахарозы в обычной воде (17 г/л, или половина чайной ложки сахара на стакан воды).
Оценка возможностей поставщиков сырья
То, какое сырье будет использоваться, зависит от возможностей его бесперебойного получения в нужных количествах (вычислить их несложно на основе вышеприведенных данных и планируемых объемов производства). Проанализируйте ситуацию с поставщиками сырья в вашем регионе.
Это может быть сахарный завод, расположенный неподалеку, либо совхоз, который сможет поставлять вам плоды, свеклу или др. Оцените объемы возможных поставок. Необдуманный подход к этому вопросу может сыграть не в вашу пользу, в результате производительные мощности цеха или завода будут простаивать. Заранее узнайте об условиях сотрудничества с вероятными поставщиками.
Какие сотрудники должны быть в штате по производству питьевой воды?
Не нужно экономить на работниках и делать все самостоятельно. Как только начнет расти спрос, вы все будете не успеете.
Нанимать для работы возле оборудования можно даже людей без опыта работы, ведь весь процесс почти полностью автоматический. Им нужно только следить за корректной работой мини-завода для производства питьевой воды. Также наймите помощника, когда объемы работы начнут расти – чтобы делегировать ему мелкие задачи.
| Персонал | Штатное количество | Оклад за месяц (руб.) |
|---|---|---|
| ИТОГО: | 120 000 рублей | |
| Водитель с личным авто | 1 | 20 000 |
| Управляющий или помощник | 1 | 50 000 |
| Оператор линии разлива | 1 | 40 000 |
| Бухгалтер удаленно | 1 | 10 000 |
Вести бухгалтерию можно самостоятельно или же нанять профессионала, но достаточно работающего удаленно. Это сэкономит ваши затраты, к тому же бухгалтерия для ИП довольно простая, постоянное присутствие специалиста не необходимо.
Получение тяжелой воды
До 1946 года тяжелая вода получалась только электролизом, позже появились технологии ректификации жидкого водорода, а также изотопного обмена в разных системах (водород/аммиак, водород/вода, сероводород/вода).
В современном производстве используются метод, в котором исходной водой являются стоки электролитических цехов получения водорода, она содержит до 0,2% тяжелой воды. После применяется технология изотопного обмена в системах сероводород/вода, где происходит концентрирование до 5 — 10%. И на конечном этапе производится ступенчатый электролиз раствора щелочи с получением степени чистоты дейтериевой воды 99,75 — 99,995%.
Стоимость дейтериевой воды отличается в зависимости от ее чистоты. Для примера грамм воды с содержанием атомов дейтерия 70% от общего числа водорода стоит примерно 0,8$, а грамм воды содержащей уже более 99,6% стоит 2,5$.
Если рассмотреть получение тяжелой воды дома с точки зрения технологии производства, которая описана выше, вы догадаетесь, что это невозможно. Существует теория о том, что ее можно получить частичным замораживанием воды, за счет разницы температур замерзания воды. Теоретически данный метод может помочь вам повысить содержание дейтерия на 10-20%, но целесообразность этих манипуляций остается под большим вопросом. Такая вода не имеет практического применения.