Тяжёлая вода: различия между версиями

Молекулы тяжёловодородной воды были впервые обнаружены в природной воде [[Юри, Гарольд Клейтон|Гарольдом Юри]] в [[1932 год]]у, за что ученый был удостоен Нобелевской премии по химии в 1934 году. А уже в [[1933 год]]у [[Льюис, Гилберт Ньютон|Гилберт Льюис]] выделил чистую тяжёловодородную воду. При электролизе обычной воды, содержащей наряду с обычными молекулами воды незначительное количество молекул тяжёлой (D₂O) и полутяжёлой (НОD) воды, образованных тяжёлым изотопом водорода, остаток постепенно обогащается молекулами этих соединений. Из такого остатка после многократного повторения электролиза [[Льюис, Гилберт Ньютон|Льюису]] в 1933 г. впервые удалось выделить небольшое количество воды, состоящей почти на 100 % из молекул соединения кислорода с дейтерием и получившей название тяжёлой. Этот способ производства тяжёлой воды остаётся основным и сейчас, хотя используется в основном на окончательной стадии обогащения от 5-105—10 % до >99 % (см. ниже).

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 несколько сильнее обычных. Эксперименты над млекопитающими (мыши, крысы, собаки)<ref name="k">{{cite journal |pmid=10535697 |title=Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds |url=http://list.uvm.edu/cgi-bin/wa?A3=ind1101&L=ISOGEOCHEM&E=base64&P=677227&B=--Apple-Mail-5-619132427&T=application%2Fpdf;%20name=%22rpv.pdf%22&N=rpv.pdf |accessdate=2012-10-17 |author=D. J. Kushner, Alison Baker, and T. G. Dunstall |journal=Can. J. Physiol. Pharmacol. |volume=77 |issue=2 |pages=79–88 |year=1999 |quote=used in boron neutron capture therapy ... D₂O is more toxic to malignant than normal animal cells ... Protozoa are able to withstand up to 70% D₂O. Algae and bacteria can adapt to grow in 100% D₂O | doi = 10.1139/cjpp-77-2-79 <!--Retrieved from CrossRef by DOI bot-->}}</ref> показали, что замещение 25 % водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, иногда необратимой<ref>''Лобышев В. Н., Калиниченко Л. П.'' Изотопные эффекты D₂O в биологических системах. — М.: Наука, 1978. — 215 с.</ref><ref>''Vertes A.'' Physiological effects of heavy water. Elements and isotopes: formation, transformation, distribution. — Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 2004. — 112 p.</ref>. 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<ref>Trotsenko, Y. A., Khmelenina, V. N., Beschastny, A. P. (1995) The Ribulose Monophosphate (Quayle) Cycle: News and Views. Microbial Growth on C1 Compounds, in: Proceedings of the 8th International Symposium on Microbial Growth on C1 Compounds (Lindstrom M. E., Tabita F. R., eds.). San Diego (USA), Boston: Kluwer Academic Publishers, pp. 23-2623–26</ref>. [[Простейшие]] способны адаптироваться к 70 % раствору тяжёлой воды, а [[водоросли]] и [[бактерии]] способны жить даже в чистой тяжёлой воде<ref name="k" /><ref>''Мосин, О. В., Швец В.  И. Швец, Складнев Д. А., Игнатов И. Игнатов.'' Микробный синтез дейтерий-меченного L-фенилаланина факультативной метилотрофной бактерией Brevibacterium Methylicum на средах с различными концентрациями тяжелой воде // Биофармацевтический журнал. 2012. Т.4. № 1. С. 11-2211—22.</ref><ref>''Мосин, О. В., Игнатов, И.'' Изотопные эффекты дейтерия в клетках бактерий и микроводорослей при росте на тяжелой воде (D2O) // Вода: химия и экология. 2012 № 3. С. 83-9483—94.</ref><ref>Crespi H. L. Fully deuterated microorganisms: tools in magnetic resonance and neutron scattering. Synthesis and Applications of Isotopically Labeled Compounds / in: Proceedings of an International Symposium. Baillie T, Jones J.R eds. Amsterdam: Elsevier. 1989. pp. 329—332.</ref><ref>Mosin, O. V. Mosin, I. Ignatov, I. (2013) Microbiological Synthesis of 2H-Labeled Phenylalanine, Alanine, Valine, and Leucine/Isoleucine with Different Degrees of Deuterium Enrichment by the Gram-Positive Facultative Methylotrophic Bacterium Вrevibacterium Methylicum, International Journal of BioMedicine, Vol. 3, N 2, pp. 132—138132–138</ref>. Человек может без видимого вреда для здоровья выпить несколько стаканов тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней.{{нет АИ|18|06|2018}}

Таким образом, тяжёлая вода гораздо менее токсична, чем, например, [[поваренная соль]].<!--, однако поваренная соль участвует в обмене веществ, а тяжелая вода является примесью.--> Тяжёлая вода использовалась для лечения [[Артериальная гипертензия|артериальной гипертензии]] у людей в суточных дозах от 10 до {{nobr|675 г}} D₂O в день<ref>{{Патент США|5223269|Method and composition for the treatment of hyoertensionhypertension|1993-06-29}}</ref>.

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.{{нет АИ|18|06|2018}}

На первой стадии концентрирования применяется двухтемпературная противоточная [[сероводород]]ная технология изотопного обмена, выходная концентрация тяжёлой воды 5—10 %. На второй — каскадный электролиз раствора щёлочи при температуре около 0 °C, выходная концентрация тяжёлой воды 99,75—99,995 %.