מים הם אחד החומרים הנפוצים ביותר בטבע (ההידרוספרה תופסת 71% משטח כדור הארץ). מים ממלאים תפקיד חיוני בגיאולוגיה ובהיסטוריה של הפלנטה. ללא מים, אורגניזמים חיים אינם יכולים להתקיים. העובדה היא שגוף האדם הוא כמעט 63% - 68% מים. כמעט הכל ביו תגובה כימיתבכל תא חי נמצאות תגובות תמיסות מימיות... בתמיסות (מימיות בעיקר) רוב ה תהליכים טכנולוגייםבמפעלים תעשייה כימית, בהפקה תרופותו מוצרי מזון. ובמטאלורגיה, המים חשובים ביותר, ולא רק לקירור. לא במקרה ההידרופטלורגיה - הפקת מתכות מעפרות ותרכיזים באמצעות תמיסות של ריאגנטים שונים - הפכה לתעשייה חשובה.

מים, אין לך צבע, אין טעם, אין ריח,
אי אפשר לתאר אותך, אתה נהנה,
לא יודע מה אתה. אי אפשר לומר
מה שנחוץ לחיים: אתה החיים עצמם.
אתה מגשים אותנו בשמחה,
שלא ניתן להסביר על ידי הרגשות שלנו.
איתך חוזר כוחנו,
ממנו כבר נפרדנו.
בחסדך הם מתחילים שוב בנו
המעיינות היבשים של ליבנו מבעבעים.
(A. de Saint-Exupery. Planet of People)

כתבתי חיבור בנושא "מים הם החומר המדהים ביותר בעולם". בחרתי בנושא הזה כי הוא הכי נושא בפועל, שכן מים הם החומר החשוב ביותר על פני כדור הארץ שבלעדיו לא יכול להתקיים אורגניזם חי ולא יכולות להתרחש תגובות ביולוגיות, כימיות או תהליכים טכנולוגיים.

מים הם החומר המדהים ביותר על פני כדור הארץ

מים הם חומר מוכר ויוצא דופן. המדען הסובייטי המפורסם האקדמיאי I.V. Petryanov כינה את ספרו המדע הפופולרי על מים "החומר יוצא הדופן ביותר בעולם". ו"פיזיולוגיה משעשעת", שנכתב על ידי הדוקטור למדעי הביולוגיה B.F. Sergeev, מתחיל בפרק על מים - "החומר שיצר את הפלנטה שלנו".
המדענים צודקים לחלוטין: אין חומר על פני כדור הארץ שחשוב לנו יותר ממים רגילים, ויחד עם זאת אין חומר אחר שלתכונותיו יהיו סתירות וחריגות כמו תכונותיו.

כמעט 3/4 משטח כדור הארץ שלנו תפוסים על ידי אוקיינוסים וימים. מים קשים - שלג וקרח - מכסים 20% מהאדמה. האקלים של כדור הארץ תלוי במים. גיאופיזיקאים טוענים שכדור הארץ היה מתקרר מזמן והופך לפיסת אבן חסרת חיים אלמלא המים. יש לו יכולת חום גבוהה מאוד. כאשר מחומם, הוא סופג חום; מתקרר, הוא נותן את זה. מי כדור הארץ גם סופגים וגם מחזירים הרבה חום ובכך "מאשרים" את האקלים. ומה שמגן על כדור הארץ מהקור הקוסמי הן אותן מולקולות מים שמפוזרות באטמוספירה - בעננים ובצורת אדים... אי אפשר בלי מים - זה החומר הכי חשוב בכדור הארץ.
מבנה של מולקולת מים

התנהגות המים היא "לא הגיונית". מסתבר שהמעבר של מים ממוצק לנוזל ולגז מתרחש בטמפרטורות גבוהות בהרבה ממה שצריך. נמצא הסבר לחריגות אלו. מולקולת המים H 2 O בנויה בצורה של משולש: הזווית בין שני קשרי החמצן-מימן היא 104 מעלות. אבל מכיוון ששני אטומי המימן נמצאים באותו צד של החמצן, מטענים חשמלייםמפוזרים בו. מולקולת המים היא קוטבית, וזו הסיבה לאינטראקציה המיוחדת בין המולקולות השונות שלה. אטומי המימן במולקולת H 2 O, בעלי מטען חיובי חלקי, מתקשרים עם האלקטרונים של אטומי החמצן של מולקולות שכנות. קשר כימי זה נקרא קשר מימן. הוא משלב מולקולות H 2 O לפולימרים ייחודיים בעלי מבנה מרחבי; המישור שבו נמצאים קשרי המימן מאונך למישור האטומים של אותה מולקולת H 2 O. האינטראקציה בין מולקולות מים מסבירה בעיקר את הטמפרטורות הגבוהות באופן חריג של ההמסה והרתיחה שלה. יש לספק אנרגיה נוספת כדי לשחרר ולאחר מכן להרוס קשרי מימן. והאנרגיה הזו מאוד משמעותית. זו הסיבה, אגב, קיבולת החום של המים כל כך גבוהה.

אילו קשרים יש ל-H 2 O?

מולקולת מים מכילה שני קשרים קוולנטיים קוטביים H-O.

הם נוצרים עקב חפיפה של שני ענני p חד-אלקטרון של אטום החמצן וענני S-אלקטרון אחד של שני אטומי מימן.

במולקולת מים, לאטום החמצן יש ארבעה זוגות אלקטרונים. שניים מהם מעורבים ביצירת קשרים קוולנטיים, כלומר. מחייבים. שניים אחרים זוגות אלקטרוניםאינם מחייבים.

במולקולה יש ארבעה מטענים קוטביים: שניים חיוביים ושניים שליליים. חיובים חיובייםמרוכז באטומי מימן, מכיוון שהחמצן הוא אלקטרושלילי יותר ממימן. שני הקטבים השליליים מגיעים משני זוגות אלקטרונים שאינם מתחברים של חמצן.

הבנה כזו של מבנה המולקולה מאפשרת להסביר תכונות רבות של מים, בפרט את מבנה הקרח. בסריג גביש הקרח, כל מולקולה מוקפת בארבע אחרות. בתמונה מישורית, ניתן לייצג זאת באופן הבא:

התרשים מראה שהחיבור בין מולקולות מתבצע דרך אטום מימן:
אטום המימן הטעון חיובי של מולקולת מים אחת נמשך לאטום החמצן הטעון שלילי של מולקולת מים אחרת. קשר זה נקרא קשר מימן (הוא מסומן על ידי נקודות). חוזקו של קשר מימן חלש בערך פי 15-20 מקשר קוולנטי. לכן, קשר המימן נשבר בקלות, אשר נצפה, למשל, במהלך אידוי המים.

המבנה של מים נוזליים דומה לזה של קרח. במים נוזליים, מולקולות מחוברות זו לזו גם באמצעות קשרי מימן, אך מבנה המים "נוקשה" פחות מזה של קרח. עקב התנועה התרמית של מולקולות במים, חלק מקשרי מימן נשברים ואחרים נוצרים.

תכונות פיזיקליות של H 2 O

מים, H 2 O, חסר ריח, חסר טעם, נוזל חסר צבע (כחלחל בשכבות עבות); צפיפות 1 גרם/ס"מ 3 (ב-3.98 מעלות), t pl = 0 מעלות, t רתיחה = 100 מעלות.
ישנם סוגים שונים של מים: נוזלי, מוצק וגזי.
מים הם החומר היחיד בטבע שבתנאים יבשתיים קיים בשלושתם מצבי צבירה:

מים נוזלים
קשה - קרח
גזי - קיטור

המדען הסובייטי V.I. Vernadsky כתב: "מים נפרדים בהיסטוריה של הפלנטה שלנו. אין גוף טבעי שיכול להשתוות אליו בהשפעתו על מהלך התהליכים הגיאולוגיים העיקריים והשאפתניים ביותר. אין חומר ארצי - סלע מינרל, גוף חי, שלא יכיל אותו. כל החומר הארצי חדור ומחובק בו".

תכונות כימיות של H 2 O

מ תכונות כימיותמים, היכולת של המולקולות שלהם להתפרק (להתפרק) ליונים ויכולת המים להמיס חומרים בעלי אופי כימי שונה חשובים במיוחד. תפקידם של המים כממס הראשי והאוניברסלי נקבע בעיקר על ידי הקוטביות של המולקולות שלו (עקירה של מרכזי המטענים החיוביים והשליליים) וכתוצאה מכך, הקבוע הדיאלקטרי הגבוה ביותר שלו. מטענים חשמליים מנוגדים, ובפרט יונים, נמשכים זה לזה במים חלשים פי 80 ממה שהם היו נמשכים באוויר. סמכויות משיכה הדדיתבין מולקולות או אטומים של גוף שקוע במים הוא גם חלש יותר מאשר באוויר. במקרה זה, קל יותר לתנועה התרמית להפריד בין המולקולות. זו הסיבה שמתרחשת התמוססות, כולל חומרים רבים קשים למסיס: טיפה שוחקת אבן...

ניתוק (דעיכה) של מולקולות מים ליונים:
H 2 O → H + +OH, או 2H 2 O → H 3 O (יון הידרוקסי) +OH
בתנאים רגילים זה חסר חשיבות ביותר; בממוצע, מולקולה אחת מתוך 500,000,000 מתנתקת. יש לזכור שהמשוואות הראשונה הנתונות היא מותנית בלבד: פרוטון H משולל מעטפת אלקטרונים אינו יכול להתקיים בסביבה מימית. הוא מתחבר מיד עם מולקולת מים, יוצר את יון ההידרוקסי H 3 O. זה נחשב אפילו שהחברים של מולקולות מים מתפרקים ליונים הרבה יותר כבדים, כמו למשל,
8H 2 O → HgO 4 + H 7 O 4, והתגובה H 2 O → H + +OH - היא רק דיאגרמה פשוטה ביותר של התהליך האמיתי.

תגובתיות המים נמוכה יחסית. נכון, כמה מתכות פעילות מסוגלות לעקור ממנו מימן:
2Na+2H 2 O → 2NaOH+H 2,

ובאטמוספירה של פלואור חופשי, מים יכולים לשרוף:
2F 2 +2H 2 O → 4HF+O 2.

גבישים מורכבים משותפים מולקולריים דומים של תרכובות מולקולריות. קרח רגיל. "אריזה" של אטומים בגביש כזה אינה יונית, וקרח אינו מוליך חום טוב. הצפיפות של מים נוזליים בטמפרטורות קרובות לאפס גדולה מזו של קרח. ב-0°C, 1 גרם של קרח תופס נפח של 1.0905 ס"מ 3, ו-1 גרם של מים נוזליים תופס נפח של 1.0001 ס"מ 3. וקרח צף, ולכן גופי מים אינם קופאים דרכם, אלא מכוסים רק בקרח. זה מגלה עוד אנומליה של מים: לאחר ההמסה, הם תחילה מתכווצים, ורק אז, בסיבוב של 4 מעלות, במהלך התהליך הנוסף הם מתחילים להתרחב. בְּ לחצים גבוהיםניתן להפוך קרח רגיל למה שנקרא קרח - 1, קרח - 2, קרח - 3 וכו' - צורות גבישיות כבדות וצפופות יותר של חומר זה. הקרח הקשה, הצפוף והעמיד ביותר עד כה הוא 7, המתקבל בלחץ של 3 קילו פאה. הוא נמס ב-190 מעלות.

מחזור המים בטבע

לגוף האדם חודרים מיליוני כלי דם. עורקים וורידים גדולים מחברים את האיברים העיקריים של הגוף זה עם זה, קטנים יותר משלבים אותם מכל הצדדים, והנימים העדינים ביותר מגיעים כמעט לכל תא בודד. בין אם אתם חופרים בור, יושבים בכיתה או ישנים באושר, דם זורם דרכם ללא הרף ומחבר אתכם יחד. מערכת מאוחדתגוף האדם: המוח והקיבה, הכליות והכבד, העיניים והשרירים. בשביל מה צריך דם?

הדם נושא חמצן מהריאות וחומרי הזנה מהקיבה לכל תא בגוף. הדם אוסף חומרי פסולת מכל, אפילו מהפינות המבודדות ביותר של הגוף, ומשחרר אותו מפחמן דו חמצני וחומרים מיותרים אחרים, כולל מסוכנים. הדם נושא חומרים מיוחדים בכל הגוף - הורמונים, המווסתים ומתאמים את עבודתם של איברים שונים. במילים אחרות, דם מחבר חלקים שונים בגוף למערכת אחת, לאורגניזם קוהרנטי ויעיל.

לכוכב שלנו יש גם מערכת זרימת דם. הדם של כדור הארץ הוא מים, ו כלי דם- נהרות, פלגים, נחלים ואגמים. וזו לא רק השוואה, מטאפורה אמנותית. מים על פני כדור הארץ ממלאים את אותו תפקיד כמו הדם בגוף האדם, וכפי שציינו לאחרונה מדענים, מבנה רשת הנהרות דומה מאוד למבנה מערכת דםאדם. "מרכבת הטבע" - כך קרא ליאונרדו דה וינצ'י הגדול מים, היא שעוברת מאדמה לצמחים, מצמחים לאטמוספירה, זורמת במורד נהרות מיבשות לאוקיאנוסים וחוזרת חזרה עם זרמי אוויר, מתחברת מרכיבים שונים של הטבע זה עם זה, והופכים אותם למערכת גיאוגרפית אחת. מים לא פשוט עוברים ממרכיב טבעי אחד למשנהו. כמו דם, הוא נושא עמו כמות עצומה של כימיקלים, מייצא אותם מהאדמה לצמחים, מהיבשה לאגמים ולאוקיינוסים, מהאטמוספרה ליבשה. כל הצמחים יכולים לצרוך חומרים מזינים הכלולים באדמה רק עם מים, כאשר הם נמצאים במצב מומס. אלמלא זרימת המים מהאדמה אל הצמחים, כל עשבי התיבול, גם אלה הגדלים בקרקעות העשירות ביותר, היו מתים "מרעב", כמו סוחר שמת מרעב על שידת זהב. מים מספקים חומרים מזינים לתושבי נהרות, אגמים וימים. נחלים הזורמים בעליצות משדות וכרי דשא במהלך הפשרת השלגים באביב או לאחר גשמי קיץ, ואוספים לאורך הדרך את מה שנאגר באדמה חומרים כימייםולהעביר אותם לתושבי המאגרים והים, ובכך לחבר את אזורי היבשה והמים של הפלנטה שלנו. ה"שולחן" העשיר ביותר נוצר באותם מקומות שבהם נהרות הנושאים חומרים מזינים זורמים לאגמים ולימים. לכן, אזורים כאלה של החוף - שפכים - נבדלים על ידי מהומה של חיים מתחת למים. ומי מפנה את הפסולת הנוצרת כתוצאה מפעילות החיים של מערכות גיאוגרפיות שונות? שוב, מים, וכמאיץ זה עובד הרבה יותר טוב ממערכת הדם האנושית, שמבצעת רק חלקית את הפונקציה הזו. תפקידם המטהר של המים חשוב במיוחד כעת, כאשר אנשים מרעילים את הסביבה בפסולת מערים, מפעלי תעשייה וחקלאות. גוף האדם הבוגר מכיל כ-5-6 ק"ג. דָם, רובשמסתובב ברציפות ביניהם בחלקים שוניםהגוף שלו. כמה מים צריכים חיי העולם שלנו?

כל המים על פני כדור הארץ שאינם חלק מסלעים מאוחדים במושג "הידרוספרה". משקלו כל כך גדול עד שהוא נמדד בדרך כלל לא בקילוגרמים או בטון, אלא בקילומטרים מעוקבים. קילומטר מעוקב אחד הוא קובייה שכל קצה בגודל 1 ק"מ, תפוס כל הזמן במים. משקלם של 1 ק"מ 3 של מים שווה למיליארד טון. כדור הארץ כולו מכיל 1.5 מיליארד ק"מ 3 של מים, שהם בערך 150000000000000000000 טון! לכל אדם יש 1.4 ק"מ 3 של מים, או 250 מיליון טון. שתה, אני לא רוצה את זה!
אבל למרבה הצער, הכל לא כל כך פשוט. העובדה היא ש-94% מנפח זה מורכב ממימי האוקיינוסים בעולם, שאינם מתאימים לרוב המטרות הכלכליות. רק 6% הם מים יבשתיים, מתוכם רק 1/3 טריים, כלומר. רק 2% מהנפח הכולל של ההידרוספירה. עיקר המים המתוקים הללו מרוכז בקרחונים. פחות משמעותית מהם מוכלים מתחת לפני כדור הארץ (באופקים תת-קרקעיים רדודים, באגמים תת-קרקעיים, בקרקעות, וכן באדי אטמוספירה. חלקם של הנהרות, שמהם אנשים לוקחים מים בעיקר, קטן מאוד - 1.2 אלף ק"מ 3. הנפח הכולל של מים הכלולים בו זמנית באורגניזמים חיים הוא חסר חשיבות לחלוטין. אז אין כל כך הרבה מים על הפלנטה שלנו שניתן לצרוך על ידי בני אדם ואורגניזמים חיים אחרים. אבל למה זה לא נגמר? אחרי הכל, אנשים ובעלי חיים הם כל הזמן שותים מים, צמחים מאדים אותם לאטמוספירה, ונהרות נושאים אותם לאוקיינוס.

מדוע לא נגמרים המים לכדור הארץ?

מערכת הדם האנושית היא שרשרת סגורה שדרכה זורם דם ברציפות, נושאת חמצן ו פחמן דו חמצני, חומרים מזינים ומוצרי פסולת. זרימה זו לעולם אינה מסתיימת משום שהיא מעגל או טבעת, וכידוע, "לטבעת אין סוף". רשת המים של הפלנטה שלנו מתוכננת על פי אותו עיקרון. מים על פני כדור הארץ נמצאים במחזור קבוע, ואובדן שלהם בחוליה אחת מתחדש מיד על ידי צריכת משני. הכוח המניע מאחורי מחזור המים הוא אנרגיה סולאריתוכוח המשיכה. בשל מחזור המים, כל חלקי ההידרוספירה מאוחדים באופן הדוק ומחברים מרכיבים אחרים של הטבע. ממש השקפה כלליתמחזור המים על הפלנטה שלנו נראה כך. בהשפעת אור השמש, מים מתאדים מפני השטח של האוקיינוס ​​והיבשה וחודרים לאטמוספירה, והאידוי מפני הקרקע מתבצע הן על ידי נהרות ומאגרים, והן על ידי אדמה וצמחים. חלק מהמים חוזרים מיד עם גשם בחזרה לאוקיינוס, וחלק נישאים על ידי הרוחות ליבשה, שם הם יורד בצורת גשם ושלג. כשהם נכנסים לאדמה, המים נספגים לתוכה חלקית, ממלאים את עתודות הלחות הקרקע ומי התהום; לחות הקרקע זורמת חלקית לאורך פני השטח אל נהרות ומאגרים; לחות הקרקע עוברת חלקית לצמחים שמאדים אותה לאטמוספירה וחלקה זורמת. לתוך נהרות, רק במהירות נמוכה יותר. נהרות, הניזונים מנחלים עיליים ומי תהום, מובילים מים לאוקיינוסים, ומשלימים את אובדן. מים מתאדים מפני השטח, מגיעים חזרה לאטמוספירה והמחזור נסגר. אותה תנועה של מים בין כל מרכיבי הטבע וכל האזורים פני כדור הארץמתרחשת באופן קבוע ומתמשך במשך מיליוני שנים רבות.

יש לומר שמחזור המים אינו סגור לחלוטין. חלק ממנו, נופל לשכבות העליונות של האטמוספירה, מתפרק בהשפעת אור השמש ונכנס לחלל. אבל הפסדים קלים אלה מתחדשים כל הזמן על ידי אספקת מים משכבות העמוקות של כדור הארץ במהלך התפרצויות געשיות. בשל כך, נפח ההידרוספירה גדל בהדרגה. לפי כמה חישובים, לפני 4 מיליארד שנים נפחו היה 20 מיליון ק"מ 3, כלומר. היה קטן פי שבעת אלפים מהמודרני. בעתיד, ככל הנראה גם כמות המים על פני כדור הארץ תגדל, בהתחשב בכך שנפח המים במעטפת כדור הארץ מוערך ב-20 מיליארד ק"מ 3 - זה פי 15 מהנפח הנוכחי של ההידרוספירה. על ידי השוואת נפח המים בחלקים בודדים של ההידרוספירה עם זרימת המים אליהם וחלקים שכנים במחזור, ניתן לקבוע את פעילות חילופי המים, כלומר. הזמן שבו ניתן לחדש לחלוטין את נפח המים באוקיינוס ​​העולמי, באטמוספירה או באדמה. המים בקרחוני הקוטב מתחדשים הכי לאט (אחת ל-8 אלף שנה). והדבר המהיר ביותר לחדש הוא מי הנהרות, שבכל הנהרות על פני כדור הארץ משתנים לחלוטין תוך 11 ימים.

רעב המים של הפלנטה

"כדור הארץ הוא כוכב של כחול מדהים"! - אסטרונאוטים אמריקאים שחזרו מהחלל הרחוק לאחר שנחתו על הירח דיווחו בהתלהבות. והאם הפלנטה שלנו תראה אחרת אם יותר מ-2/3 משטחו תפוסים על ידי ימים ואוקיינוסים, קרחונים ואגמים, נהרות, בריכות ומאגרים. אבל אז, מה המשמעות של התופעה ששמה נמצא בכותרות? איזה סוג של "רעב" יכול להיות אם יש שפע כזה של גופי מים על פני כדור הארץ? כן, יש יותר ממספיק מים על פני כדור הארץ. אבל אסור לנו לשכוח שהחיים על כדור הארץ, על פי מדענים, הופיעו לראשונה במים, ורק אז הגיעו ליבשה. אורגניזמים שמרו על תלותם במים במהלך האבולוציה במשך מיליוני שנים רבות. מים הם "חומר הבניין" העיקרי המרכיב את גופם. ניתן לאמת זאת בקלות על ידי ניתוח הנתונים בטבלאות הבאות:

המספר האחרון בטבלה זו מציין שאדם שוקל 70 ק"ג. מכיל 50 ק"ג. מים! אבל יש עוד יותר מזה בעובר האנושי: בעובר בן שלושה ימים - 97%, בעובר של שלושה חודשים - 91%, בעובר בן שמונה חודשים - 81%.

הבעיה של "רעב למים" היא הצורך להחדיר כמות מסוימת של מים בגוף, שכן יש איבוד מתמיד של לחות במהלך שונות תהליכים פיזיולוגיים. לקיום תקין באקלים ממוזג, אדם צריך לקבל כ-3.5 ליטר מים ביום משתייה ומאוכל; במדבר נורמה זו עולה ל-7.5 ליטר לפחות. אדם יכול להתקיים ללא מזון כארבעים יום, וללא מים הרבה פחות - 8 ימים. על פי ניסויים רפואיים מיוחדים, עם אובדן לחות בכמות של 6-8% ממשקל הגוף, אדם נופל לתוך מצב התעלפות, עם אובדן של 10%, הזיות מתחילות, עם 12%, אדם לא יכול יותר להחלים בלי מיוחד טיפול רפואי, ועם אובדן של 20%, מתרחש מוות בלתי נמנע. בעלי חיים רבים מסתגלים היטב לחוסר לחות. הכי מפורסמים ו דוגמה נוצצתזוהי "ספינת המדבר", הגמל. הוא יכול לחיות זמן רב מאוד במדבר חם, מבלי לצרוך מי שתייה ולאבד עד 30% ממשקלו המקורי מבלי לפגוע בביצועיו. אז, באחד הבדיקות המיוחדות, גמל עבד במשך 8 ימים תחת שמש הקיץ הקופחת, והורד 100 ק"ג. מ-450 ק"ג. המשקל ההתחלתי שלו. וכשהביאו אותו למים, הוא שתה 103 ליטר וחזר למשקלו. הוכח שגמל יכול להשיג עד 40 ליטר לחות על ידי המרת השומן שנצבר בגיבנתו. הם לא משתמשים בזה בכלל מי שתייהחיות מדבריות כמו ג'רבואה וחולדות קנגורו - יש להן מספיק לחות, אותה הן מקבלות מהמזון, ומים שנוצרו בגופם במהלך חמצון השומן של עצמם, ממש כמו גמלים. יותר יותר מיםנצרך על ידי צמחים לצמיחתם והתפתחותם. ראש כרוב "שותה" יותר מליטר מים ביום; בממוצע, עץ אחד שותה יותר מ-200 ליטר מים. כמובן, זה נתון די משוער - גזעים שוניםעצים בתנאים טבעיים שונים צורכים כמויות מאוד מאוד שונות של לחות. כך, סקסאול הגדל במדבר מבזבז כמות מינימלית של לחות, ואקליפטוס, שבמקומות מסוימים מכונה "עץ משאבה", מעביר כמות עצומה של מים דרך עצמו, ומסיבה זו נטיעותיו משמשות לניקוז ביצות. כך הפכו אדמות המלריה הביצות של שפלת קולכיס לטריטוריה משגשגת.

כבר כיום, כ-10% מאוכלוסיית הפלנטה שלנו חסרים מים נקיים. ואם לוקחים בחשבון של-800 מיליון משקי בית באזורים כפריים, שבהם חיים כ-25% מכל האנושות, אין מים זורמים, אז הבעיה של "רעב למים" הופכת לגלובלית באמת. היא חריפה במיוחד במדינות מתפתחות, שבהן כ-90% מהאוכלוסייה משתמשת במים דלים. פְּגָם מים נקייםהופך לאחד מ הגורמים החשובים ביותרמגביל את ההתפתחות המתקדמת של האנושות.

שאלות נרכשות בנושא חיסכון במים

משתמשים במים בכל התחומים פעילות כלכליתאדם. כמעט בלתי אפשרי לנקוב בשמות תהליך ייצור, שלא ישתמש במים. בשל ההתפתחות המהירה של התעשייה וגידול האוכלוסייה העירונית, צריכת המים הולכת וגדלה. נושאי ההגנה על משאבי המים ומקורות המים מפני דלדול, וכן מפני זיהום מי שפכים, הם בעלי חשיבות עליונה. כולם יודעים את הנזק שהם גורמים מי שפכיםתושבי מאגרים. אפילו יותר נורא עבור בני האדם וכל היצורים החיים על פני כדור הארץ היא הופעת כימיקלים רעילים במימי הנהר, שנשטפים מהשדות. אז נוכחותם של 2.1 חלקים של חומר הדברה (אנדרין) במים למיליארד חלקי מים מספיקה כדי להרוג את כל הדגים שבהם. שפכים לא מטופלים המוזרמים לנהרות מהווים איום עצום על האנושות. הסדרים. בעיה זו נפתרת באמצעות הטמעת תהליכים טכנולוגיים בהם שפכים אינם מוזרמים למאגרים, אלא לאחר הטיהור חוזרים לתהליך הטכנולוגי.

נכון להיום מוקדשת תשומת לב רבה לשמירה על הסביבה ובפרט מאגרים טבעיים. בהתחשב במשמעות של בעיה זו, ארצנו לא אימצה חוק על הגנה ו שימוש רציונלימשאבים טבעיים. החוקה קובעת: "אזרחי רוסיה מחויבים לדאוג לטבע ולהגן על עושרו".

סוגי מים

מי ברום -תמיסה רוויה של Br 2 במים (3.5% לפי משקל Br 2). מי ברום הם חומר מחמצן, חומר ברום בכימיה אנליטית.

מי אמוניה -נוצר כאשר גז תנור קוק גולמי בא במגע עם מים, אשר מרוכזים עקב קירור הגז או מוזרק אליו במיוחד כדי לשטוף את NH3. בשני המקרים מתקבלים מי אמוניה כביכול חלשים, או קרצוף. על ידי זיקוק מי אמוניה אלו באדים ובהמשך ריפלוקס ועיבוי, מתקבלים מי אמוניה מרוכזים (18 - 20% NH 3 במשקל), המשמשים לייצור סודה, כדשן נוזלי וכו'.

# 7732 · 15/11/2018 בשעה 17:18 שעון מוסקבה · כתובת ip נרשמה · ·
תודה, זה יהיה טוב לדוח)

אנחנו יודעים מאז שנות הלימודים שלנו שחיים על הפלנטה שלנו אינם אפשריים בלי מים. אף אדם לא יכול לחיות אפילו שבוע בלעדיו. עם זאת, הייתה תקופה שבה אנשים לא רק לא ידעו מה זה מים, אלא גם לא הבינו כמה מהחומר הזה יש על כדור הארץ.

מים הם נוזל שאין לו טעם, צבע או ריח. חומר זה הוא אחד הנפוצים ביותר על פני כדור הארץ. כ-¾ משטח כדור הארץ תפוס על ידי נהרות, ימים, אוקיינוסים וגופי מים אחרים. מים יכולים להיות במצב מוצק (קרח) וגזי.

גופו של מבוגר מורכב ממנו בכ-70%. זהו ממס למינרלים ו חומרים מזיניםבגוף שלנו, מקדם נורמליזציה טמפרטורה רגילהגוף ומסיר חומרי פסולת יחד עם רעלים. כמו כן, מים פשוט לא ניתנים להחלפה בתזונה שלנו. רופאים אומרים שכל יום אדם צריך לשתות בין 1.5 ל 2.5 ליטר מים נקיים.

לדברי מדענים, יש כ-1,500 מיליון קילומטרים מעוקבים של מים על פני כדור הארץ, ורק 10% מהם טריים ומתאימים לשתייה. הכל מחולק למים עיליים ומים תת קרקעיים.

אנשים משתמשים במים הממוקמים בעומקים רדודים לצרכיהם. הקרחונים של אנטארקטיקה מספקים אספקה ​​עצומה של מים מתוקים. משקעים אטמוספריים ממלאים תפקיד משמעותי. אנשים גם למדו להשיג מים מתוקים מהאוקיינוס ​​העולמי באמצעות שימוש בשיטות כימיות ופיזיקליות.

כ-6,000 קילומטרים מעוקבים של מים נמצאים באורגניזמים חיים שונים. הגוף שלנו גם מחליף באופן קבוע סביבה. זה מתרחש במהלך הנשימה, דרך שתן וזיעה. אם משתחררים יותר נוזלים מהגוף מאשר נלקחים, מתפתחת התייבשות שעלולה להיות קטלנית. הסימפטומים שלו הם סחרחורת, קוצר נשימה ודופק מהיר.

כל תא בגופנו מכיל מים. כל התגובות הביוכימיות המתרחשות בו דורשות את נוכחותו. אם אין מספיק מים בגוף, אזי מתרחשת הצטברות של מוצרים מטבוליים בתאים, מה שמוביל להתפתחות מחלה רצינית. כדי למנוע זאת, אדם חייב לעקוב אחר משטר שתייה. מים מעורבים ב:

• הובלת חמצן וחומרי מזון לרקמות ותאים;
• ויסות לחץ דם;
• הבטחת תהליך ההמטופואזה;
• פינוי פסולת ורעלים;
• שימון מפרקים;
• נורמליזציה של העברת חום.

מדענים לא מפסיקים לחקור מים, ומוצאים באופן קבוע תכונות חדשות:

1. כמות המים הממוצעת הכלולה בכל היצורים החיים היא לפחות 50%.
2. מעטפת כדור הארץ מכילה כמות גדולה פי עשרות מנוזל זה מאשר מצוי באוקיינוס ​​העולמי.
3. אם לא היו שקעים ובליטות על פני כדור הארץ, מפלס המים היה עולה 3 ק"מ מעל היבשה.
4. האוקיינוסים בעולם תופסים כ-71% משטח כדור הארץ שלנו ומכילים 97% מכל עתודות המים בעולם.
5. אם הקרחונים על פני כדור הארץ יימסו, אז 1/8 מהאדמה היו מוצפים.
6. ידועים מקרים כאשר מים מתוקיםקפא בטמפרטורות מעל 0 מעלות.
7. מי הים מורכבים מ-35% מלח, ולכן הם קופאים בטמפרטורות מתחת ל-2 מעלות.
8. פני המים יכולים לשקף כ-5% מקרני השמש, בעוד שיותר מ-85% מוחזרים משטח הקרח.
9. מים הם אחד החומרים הבודדים שמתרחבים כשהם קופאים.
10. בשילוב עם פלואור, מים ואדיו מסוגלים לבעירה. בריכוז משמעותי של פלואור, תערובת כזו הופכת לנפיצה.

נוסחה מבנית

נוסחה אמיתית, אמפירית או גסה: H2O

הרכב כימי של מים

משקל מולקולרי: 18.015

מים (תחמוצת מימן) - בינארי תרכובת אנאורגניתעם נוסחה כימית H2O. מולקולת מים מורכבת משני אטומי מימן ואטום חמצן אחד, המחוברים בקשר קוולנטי. בתנאים רגילים זה כן נוזל שקוף, אין לו צבע (בנפחים קטנים), ריח או טעם. במצב מוצק זה נקרא קרח (גבישי קרח יכולים ליצור שלג או כפור), ובמצב גזי זה נקרא אדי מים. מים יכולים להתקיים גם בצורה של גבישים נוזליים (על משטחים הידרופיליים). הוא מהווה כ-0.05% ממסת כדור הארץ.

זהו ממס טוב מאוד קוטבי. בתנאים טבעיים, הוא תמיד מכיל חומרים מומסים (מלחים, גזים).

מים בתנאים רגילים נכנסים מצב נוזלי, בעוד תרכובות מימן דומות של יסודות אחרים הם גזים (H 2 S, CH 4, HF). אטומי המימן מחוברים לאטום החמצן ויוצרים זווית של 104.45° (104°27′). בשל ההבדל הגדול באלקטרושליליות בין אטומי מימן וחמצן, ענני האלקטרונים מוטים מאוד כלפי חמצן. מסיבה זו, למולקולת המים יש מומנט דיפול גדול (p = 1.84 D, שני רק לחומצה הידרוציאנית). כל מולקולת מים יוצרת עד ארבעה קשרי מימן - שניים מהם נוצרים על ידי אטום חמצן ושניים על ידי אטומי מימן. מספר קשרי המימן והמבנה המסועף שלהם קובעים טמפרטורה גבוההמים רותחים וחום האידוי הספציפי שלהם. אם לא היו קשרי מימן, מים, בהתבסס על מקומו של החמצן בטבלה המחזורית ונקודות הרתיחה של הידרידים של יסודות דמויי חמצן (גופרית, סלניום, טלוריום), היו רותחים ב-80 מעלות צלזיוס וקופאים ב-100 מעלות. מעלות צלזיוס.

במעבר למצב מוצק, מולקולות מים מסודרות, בעוד שנפחי החללים בין המולקולות גדלים, והצפיפות הכללית של המים יורדת, מה שמסביר את הצפיפות הנמוכה יותר (נפח גדול יותר) של המים בשלב הקרח. במהלך האידוי, להיפך, כל קשרי המימן נשברים. שבירת קשרים דורשת אנרגיה רבה, וזו הסיבה למים יש את קיבולת החום הסגולית הגבוהה ביותר מבין שאר הנוזלים והנוזלים מוצקים. על מנת לחמם ליטר מים במעלה אחת, יש צורך ב-4.1868 קילו-ג'יי אנרגיה. בשל תכונה זו, מים משמשים לעתים קרובות כנוזל קירור. בנוסף ליכולת החום הסגולית הגבוהה שלו, יש למים גם ערכים גדוליםחום סגולי של היתוך (333.55 קילו-ג'יי/ק"ג ב-0 מעלות צלזיוס) ואידוי (2250 קילו-ג'יי/ק"ג).

מים הם המרכיב העיקרי של כל החיים על פני כדור הארץ. זהו גם בית הגידול של אורגניזמים וגם המרכיב העיקרי במבנה שלהם, וכתוצאה מכך, מקור החיים. הוא משמש בכל תחומי התעשייה. לכן, קשה מאוד לדמיין חיים ללא מים.

מה כלול במים

כולם יודעים היטב שהמים מורכבים ממימן וחמצן. זה נכון. אבל בנוסף לשני היסודות הללו, מים מכילים גם רשימה עצומה של רכיבים כימיים.

ממה מורכבים מים?

הוא נוטה להשתנות, עובר מחזור הידרולוגי: אידוי, עיבוי ומשקעים. במהלך תופעות אלו, המים באים במגע עם תרכובות אורגניות רבות, מתכות, גזים, וכתוצאה מכך משלימים לנוזל אלמנטים שונים.

היסודות המרכיבים את המים מחולקים ל-6 קטגוריות:

1. יונים. אלה כוללים: קטיונים Na, K, Mg, Ca, אניונים: Cl, HCO 3 ו-SO 4. רכיבים אלה נמצאים במים בכמויות הגדולות ביותר בהשוואה לאחרים. הם נכנסים לנוזל משכבות אדמה, מינרלים טבעיים, סלעים, וגם כמרכיבים של פירוק של מוצרים תעשייתיים.
2. גזים מומסים: חמצן, חנקן, מימן גופרתי, פחמן דו חמצני ואחרים. כמות כל גז במים תלויה ישירות בטמפרטורה שלו.
3. אלמנטים ביוגנים. העיקריים שבהם הם זרחן וחנקן, הנכנסים לנוזל ממשקעים, שפכים ומים חקלאיים.
4. מיקרו-אלמנטים. ישנם כ-30 מינים. האינדיקטורים שלהם בהרכב המים קטנים מאוד ונעים בין 0.1 למיקרוגרם לליטר אחד. אלה כוללים: ברום, סלניום, נחושת, אבץ וכו'.
5. חומרים אורגניים מומסים במים וחומרים המכילים חנקן. אלו אלכוהולים, פחמימות, אלדהידים, פנולים, פפטידים וכו'.
6. רעלים. זה בעצם מתכות כבדותומוצרי נפט.

מולקולת מים

אז מאילו מולקולות מים מורכבים?

הנוסחה של מים היא טריוויאלית - H 2 O. והיא מראה שמולקולת המים מורכבת מאטומי מימן וחמצן. נוצר קשר יציב ביניהם.

איך נראית מולקולת מים בחלל? כדי לקבוע את צורתה של מולקולה, מרכזי האטומים מחוברים בקווים ישרים, וכתוצאה מכך נוצרת דמות תלת מימדית - טטרהדרון. זהו מבנה המים.

צורתה של מולקולת מים יכולה להשתנות בהתאם למצב הצבירה שלה. הזווית בין אטומי החמצן למימן היא 104.27 o עבור המצב הגז, 109.5 o עבור המצב המוצק ו-105.03 o עבור המצב הנוזלי.

המולקולות המרכיבות את המים תופסות נפח מסוים בחלל, בעוד שהקליפות שלהן מכוסות בענן אלקטרונים בצורת צעיף. המראה של מולקולת מים, במבט במישור, מושווה לכרומוזום בצורת X, המשמש להעברת מידע גנטי, ולכן, מולידה חיים חדשים. מצורה זו נמשכת אנלוגיה בין הכרומוזום למים כמקורות חיים.

בחלל, מולקולה נראית כמו משולש תלת מימדי, טטרהדרון. צורה זו יציבה מאוד ומשתנה רק עקב השפעת גורמים פיזיים חיצוניים על המים.

ממה מורכבים מים? מתוך אותם אטומים הכפופים להשפעת כוחות ואן דר ואלס, היווצרות קשרי מימן. בהקשר זה, שותפים ואשכולות אקראיים נוצרים בין חמצן ומימן של מולקולות שכנות. הראשון הם מבנים לא מסודרים, השני הם שותפים מסודרים.

במצב המים הרגיל, מספר השותפים הוא 60%, אשכולות - 40%.

יצירת גשרי מימן מתאפשרת בין מולקולות מים שכנות, התורמות ליצירת מבנים שונים - אשכולות.

אשכולות מסוגלים לקיים אינטראקציה זה עם זה באמצעות קשרי מימן, וזה מוביל להופעת מבנים מסדר חדש - משושה.

מבנה אלקטרוני של מולקולת מים

אטומים הם ממה עשויים המים, ולכל אטום יש מבנה אלקטרוני אחר. אז, הנוסחה הגרפית עבור רמות אלקטרוניות נראית כך: 8 O 1s 2 2s 2 2p 4, 1 H 1s 1.

כאשר מתרחש תהליך יצירת מולקולת מים, מתרחשת חפיפה של ענני אלקטרונים: שני אלקטרונים בלתי מזווגים של חמצן חופפים אלקטרון מימן בלתי מזווג. כתוצאה מחפיפה נוצרת זווית של 104 מעלות בין האטומים.

מצב פיזי של מים

כפי שכבר הוזכר, מולקולות מים הן דיפולים, ועובדה זו משפיעה בצורה יוצאת דופן. אחת התכונות הללו היא שהמים יכולים להיות נוכחים בטבע בשלושה מצבי צבירה: נוזל, מוצק ואדי.

המעבר ממצב אחד למשנהו נובע מהתהליכים הבאים:

1. רותחים - מנוזל לאדים.
2. עיבוי הוא המעבר של האדים שלהם לנוזל (משקעים).
3. התגבשות היא כאשר נוזל הופך לקרח.
4. התכה היא תהליך של המסת קרח והפקת נוזל.
5. סובלימציה היא הפיכת קרח למצב אדים.
6. דה-סובלימציה - תְגוּבָה חֲרִיפָהסובלימציה, כלומר המעבר של קיטור לקרח.

מבנה הסריג המולקולרי שלו תלוי גם במצב המים.

סיכום

לפיכך, אנו יכולים לומר שלמים יש מבנה פשוט, שיכול להשתנות בהתאם למצבם. והתברר לנו מאילו מולקולות מורכב המים.

תחמוצת דאוטריום שמות מסורתיים מים כבדים Chem. נוּסחָה D2O תכונות גשמיות מדינה נוזל מסה מולארית 20.04 גרם/מול צְפִיפוּת 1.1042 גרם/ס"מ³ דחיסות דינמית 0.00125 Pa s תכונות תרמיות T. לצוף. 3.81 מעלות צלזיוס טי קיפ. 101.43 מעלות צלזיוס Kr. לַחַץ 21.86 MPa מול. קיבולת חום 84.3 J/(מול K) Ud. קיבולת חום 4.105 J/(ק"ג K) אנתלפיה של היווצרות −294.6 קילוג'ג/מול אנטלפיה התכה 5.301 קילו-ג'יי/מול אנתלפיה של רתיחה 45.4 קילו ג'ל/מול לחץ אדים 10 ב-13.1 מעלות צלזיוס
100 מ"מ כספית אומנות. ב-54 מעלות צלזיוס תכונות כימיות מסיסות במים ללא הגבלה מסיסות באתר מעט מסיס מסיסות באתנול ללא הגבלה תכונות אופטיות מקדם שבירה 1.32844 (ב-20 מעלות צלזיוס) מִיוּן Reg. מספר CAS 7789-20-0 PubChem Reg. מספר EINECS 232-148-9 חיוכים InChI RTECS ZC0230000 ChEBI ChemSpider בְּטִיחוּת NFPA 704 הנתונים מבוססים על תנאים סטנדרטיים (25 מעלות צלזיוס, 100 kPa) אלא אם צוין אחרת.

היסטוריה של גילוי

מולקולות מי מימן כבד התגלו לראשונה במים טבעיים על ידי הרולד אורי בשנת 1932, ועל כך זכה המדען בפרס. פרס נובלבכימיה ב-1934. וכבר ב-1933, גילברט לואיס בודד מי מימן כבד טהור. עם אלקטרוליזה מים רגילים, המכילים, יחד עם מולקולות מים רגילות, כמות קטנה של מולקולות של מים כבדים (D 2 O) וחצי כבדים (HDO) הנוצרים על ידי האיזוטופ הכבד של מימן, השאר מועשר בהדרגה במולקולות של תרכובות אלו. משארית כזו, לאחר חזרה על אלקטרוליזה פעמים רבות, לואיס בשנת 1933 היה הראשון לבודד כמות קטנה של מים, שהורכבה כמעט 100% ממולקולות של תרכובת חמצן עם דאוטריום ונקראת כבדה. שיטה זו להפקת מים כבדים נותרה העיקרית כיום, למרות שהיא משמשת בעיקר בשלב הסופי של העשרה מ-5-10% עד >99% (ראה להלן).

לאחר גילוי הביקוע הגרעיני בסוף 1938 והתממשות האפשרות להשתמש בתגובות שרשרת של ביקוע גרעיני המושרה על ידי נויטרונים, התעורר הצורך במנחה נויטרונים - חומר שיכול להאט ביעילות את הנייטרונים מבלי לאבד אותם בתגובות לכידה. ניוטרונים מנוהלים בצורה היעילה ביותר על ידי גרעינים קלים, והמנחה היעיל ביותר יהיה גרעיני מימן (פרוטיום) רגילים, אך יש להם חתך רוחב לכידת נויטרונים גבוה. לעומת זאת, מימן כבד לוכד מעט מאוד נויטרונים (חתך לכידת הנייטרונים התרמי של פרוטיום גבוה יותר מפי 100 אלף מזה של דאוטריום). מבחינה טכנית, תרכובת הדאוטריום הנוחה ביותר היא מים כבדים, והיא יכולה לשמש גם כנוזל קירור, ולסלק את החום שנוצר מהאזור שבו הוא מתרחש. תגובת שרשרתחֲלוּקָה. מאז התקופות הקדומות ביותר של הכוח הגרעיני, מים כבדים הפכו למרכיב חשוב בכורים מסוימים, הן לייצור חשמל והן לאלו שנועדו לייצר איזוטופים פלוטוניום לנשק גרעיני. לכורי מים כבדים אלה, כביכול, יתרון שהם יכולים לפעול על אורניום טבעי (לא מועשר) ללא שימוש בממתני גרפיט, אשר במהלך הפירוק עלול להוות סכנת פיצוץ אבק ולהכיל רדיואקטיביות מושרה (פחמן-14 ועוד מספר רדיונוקלידים אחרים ). עם זאת, רוב הכורים המודרניים משתמשים באורניום מועשר עם "מים קלים" רגילים כמנחה, למרות אובדן חלקי של נויטרונים מתונים.

ייצור מים כבדים בברית המועצות

השוואה בין המאפיינים של מים כבדים ורגילים

פָּרָמֶטֶר	D2O	HDO	H2O
נקודת התכה, מעלות צלזיוס	3,82	2,04	0,00
נקודת רתיחה, מעלות צלזיוס	101,4	100,7	100,0
צפיפות ב-20 מעלות צלזיוס, g/cm³	1,1056	1,054	0,9982
טמפרטורה של צפיפות מקסימלית, מעלות צלזיוס	11,6		4,0
צמיגות ב-20 מעלות צלזיוס, centipoise	1,2467	1,1248	1,0016
מתח פני השטח ב-25°C, dyn cm	71,87	71,93	71,98
ירידה טוחנית בנפח במהלך ההמסה, cm³/mol	1,567		1,634
חום היתוך מולרי, קק"ל/מול	1,515		1,436
חום אידוי מולרי, קק"ל/מול	10,864	10,757	10,515
ב-25 מעלות צלזיוס	7,41	7,266	7,00

להיות בטבע

במים טבעיים, יש אטום דאוטריום אחד לכל 6400-7600 אטומי פרוטיום. כמעט כל זה כלול במולקולות DHO, מולקולה אחת כזו אחראית ל-3200-3800 מולקולות של מים קלים. רק חלק קטן מאוד של אטומי דאוטריום יוצרים מולקולות מים כבדות D 2 O, שכן ההסתברות ששני אטומי דאוטריום ייפגשו במולקולה אחת בטבע היא קטנה (כ-0.5⋅10 −7). עם עלייה מלאכותית בריכוז הדאוטריום במים, סבירות זו עולה.

תפקיד ביולוגי והשפעות פיזיולוגיות

מים כבדים רעילים במעט, תגובות כימיות בסביבתם איטיות במקצת בהשוואה למים רגילים, וקשרי מימן הכוללים דאוטריום חזקים במקצת מהרגיל. ניסויים ביונקים (עכברים, חולדות, כלבים) הראו שהחלפת 25% מהמימן ברקמות בדוטריום מובילה לסטריליות, לעיתים בלתי הפיכה. ריכוזים גבוהים יותר מובילים למוות מהיר של החיה; לפיכך, יונקים ששתו מים כבדים במשך שבוע מתו כאשר מחצית מהמים בגופם נמחקו; דגים וחסרי חוליות מתים רק כאשר המים בגוף מחולקים ב-90%. פרוטוזואה מסוגלות להסתגל לתמיסה של 70% של מים כבדים, ואצות וחיידקים מסוגלים לחיות גם במים כבדים נקיים. אדם יכול לשתות מספר כוסות מים כבדים ללא כל נזק גלוי לבריאות; כל הדאוטריום יוסר מהגוף תוך מספר ימים. כך, באחד הניסויים לחקור את הקשר בין המנגנון הוסטיבולרי לבין תנועות לא רצוניותעיניים (ניסטגמוס), המתנדבים התבקשו לשתות בין 100 ל-200 גרם מים כבדים; כתוצאה מספיגת מים כבדים צפופים יותר על ידי הכוס (מבנה ג'לטיני בתעלות החצי-מעגליות), הציפה הנייטרלית שלה באנדולימפה של התעלות מופרעת, ומתרחשות הפרעות קלות בהתמצאות המרחבית, בפרט ניסטגמוס. השפעה זו דומה לזו המתרחשת בעת שתיית אלכוהול (עם זאת, במקרה האחרון, צפיפות הכוס יורדת, שכן צפיפות האלכוהול האתילי קטנה מצפיפות המים).

לפיכך, מים כבדים הרבה פחות רעילים מאשר, למשל, מלח שולחני. מים כבדים שימשו לטיפול ביתר לחץ דם בבני אדם במינונים יומיים הנעים בין 10 ל-675 גרם D 2 O ליום.

IN גוף האדםמכיל דאוטריום כמו טומאה טבעית כמו ב-5 גרם מים כבדים; דאוטריום זה נמצא בעיקר במולקולות מים חצי כבדות HDO, כמו גם בכל התרכובות הביולוגיות האחרות המכילות מימן. [ ]

קצת מידע

נא להביא את המידע לצורה אנציקלופדית ולהפיץ אותו לחלקים המתאימים של המאמר. על פי החלטת ועדת הבוררות של ויקיפדיה, רצוי שהרשימות מבוססות על סיכומים משניים המכילים קריטריונים להכללת רכיבים ברשימה.

מים כבדים מצטברים בשאריות האלקטרוליטים במהלך אלקטרוליזה חוזרת של מים. עַל מחוץ לביתמים כבדים סופגים במהירות אדים ממים רגילים, כך שאנו יכולים לומר שהם היגרוסקופיים. ייצור מים כבדים הוא מאוד אינטנסיבי, ולכן העלות שלו די גבוהה. בשנת 1935, מיד לאחר גילוי המים הכבדים, מחירם היה כ-19 דולר לגרם. נכון להיום, מים כבדים עם תכולת דאוטריום של 99 אט.%, הנמכרים על ידי ספקי ריאגנטים כימיים, עולים כ-1 אירו לגרם ברכישת 1 ק"ג, אך מחיר זה מתייחס למוצר עם איכות מבוקרת ומובטחת של המגיב הכימי; עם דרישות איכות נמוכות יותר, המחיר יכול להיות נמוך בסדר גודל.

יישום

המאפיין החשוב ביותר של מי מימן כבד הוא שהם כמעט ואינם סופגים נויטרונים, ולכן הם משמשים בכורים גרעיניים למתן נויטרונים וכנוזל קירור. הוא משמש גם כאינדיקטור איזוטופ בכימיה, ביולוגיה והידרולוגיה, אגרוכימיה וכו' (כולל בניסויים עם אורגניזמים חיים וב מחקרי אבחוןאדם). בפיזיקה של חלקיקים משתמשים במים כבדים לזיהוי ניטרינו; לפיכך, גלאי הנייטרינו הסולארי הגדול ביותר SNO (קנדה) מכיל 1000 טונות של מים כבדים.

דאוטריום הוא דלק גרעיני למגזר האנרגיה של העתיד, המבוסס על היתוך תרמו-גרעיני מבוקר. כורי האנרגיה הראשונים מסוג זה צפויים לבצע את התגובה D + T → 4 He + n + 17.6 MeV .

במדינות מסוימות (לדוגמה, אוסטרליה), המחזור המסחרי של מים כבדים כפוף למגבלות ממשלתיות, מה שקשור לאפשרות התיאורטית של השימוש בהם ליצירת כורי אורניום טבעי "בלתי מורשים" המתאימים לייצור פלוטוניום בדרגת נשק.

סוגים אחרים של מים כבדים

מים חצי כבדים

מים כבדים למחצה מובחנים גם (הידועים גם בשם מי דאוטריום, מים מונודיוטריום, דוטריום הידרוקסיד), שבו רק אטום מימן אחד מוחלף בדוטריום. הנוסחה של מים כאלה כתובה כך: DHO או ²HHO. יש לציין כי מים, בעלי ההרכב הפורמלי של DHO, עקב תגובות חילופי איזוטופים, יהיו למעשה מורכבים מתערובת של מולקולות DHO, D 2 O ו- H 2 O (ביחס של כ-2: 1: 1). . נקודה זו חלה גם על THO ו-TDO.

מים סופר כבדים

מים סופר-כבדים מכילים טריטיום, בעל זמן מחצית חיים של יותר מ-12 שנים. על פי תכונותיו, מים סופר-כבדים ( T2O) שונה אפילו יותר מהרגיל: הוא רותח ב-104 מעלות צלזיוס, קופא ב-+9 מעלות צלזיוס ובעל צפיפות של 1.21 גרם/ס"מ³. כל תשע הגרסאות של מים סופר-כבדים ידועות (כלומר, מתקבלות בצורה של דגימות מקרוסקופיות פחות או יותר טהורות): THO, TDO ו-T 2 O עם כל אחד משלושת האיזוטופים היציבים של חמצן (16 O, 17 O ו-18 O ). לפעמים מים סופר כבדים נקראים פשוט מים כבדים אם זה לא גורם לבלבול. מים כבדים הם בעלי רעילות רדיו גבוהה.

שינויים באיזוטופ חמצן כבד של מים

טווח מים כבדיםמשמש גם ביחס למי חמצן כבדים, שבהם החמצן הקל הרגיל 16 O מוחלף באחד מהאיזוטופים היציבים הכבדים 17 O או 18 O. איזוטופי חמצן כבדים קיימים בתערובת טבעית, לכן מים טבעיים מכילים תמיד תערובת של שניהם שינויי חמצן כבדים. שֶׁלָהֶם תכונות גשמיותגם מעט שונה מהמאפיינים של מים רגילים; לפיכך, נקודת הקיפאון של 1 H 2 18 O היא +0.28 מעלות צלזיוס.

מי חמצן כבד, בפרט 1 H 2 18 O, משמשים לאבחון מחלות אונקולוגיות(מתוכו מתקבל האיזוטופ פלואור-18 בציקלוטרון, המשמש לסינתזה של תרופות לאבחון סרטן, בפרט 18-FDG).

המספר הכולל של שינויים איזוטופיים של מים

אם סופרים את כל האפשר לא רדיואקטיביתרכובות עם הנוסחה הכללית H 2 O, אם כן סה"כיש רק תשעה שינויים איזוטופים אפשריים של מים (מאחר שיש שני איזוטופים יציבים של מימן ושלושה של חמצן):

• H 2 16 O - מים קלים, או סתם מים
• H 2 17 O
• H 2 18 O - מי חמצן כבדים
• HD 16 O - מים חצי כבדים
• HD 17 O
• HD 18 O
• D 2 16 O - מים כבדים
• D 2 17 O
• D 2 18 O

בהתחשב בטריטיום, מספרם גדל ל-18:

• T 2 16 O - מים סופר כבדים
• T 2 17 O
• T 2 18 O
• DT 16 O
• DT 17 O
• DT 18 O
• HT 16 O
• HT 17 O
• HT 18 O

לכן, מלבדנפוץ, נפוץ ביותר בטבע מים "קלים". 1 H 2 16 O, ישנם בסך הכל 8 "מים כבדים" שאינם רדיואקטיביים (יציבים) ו-9 רדיואקטיביים.