Очистка воды от дейтерия в виде тяжелой воды
Читал о способах очистки тяжелой воды. В основном рекомендуется удалять первый
образовавщийся лед. Но в то же время как я понял, этот метод лишь незначительно
убирает тяжелую воду, он только позволяет снизить её содержание в талой воде.
Может правильнее использовать морозильную камеру с возможностью поддержания
постоянной температуры. К примеру выставить 2 градуса цельсия и поставить воду.
И по прошествии достаточного периода времени в емкости замерзнет только тяжелая
вода(ведь она при 3,8 0С замерзает).
На самом деле очистка воды от дейтерия в виде тяжелой воды –
непростая задача. Тяжёлая вода замерзает при 3,820С, имеет плотность при
200С 1,10539 г/см3,
причём максимум плотности приходится не на 40С, как у обычной воды,
а на 11,20С (1,10602 г/см3)
(Таблица). Кристаллы D2O имеют такую же
структуру, как и обычный лёд; различие в
размерах элементарной ячейки очень мало (0,1%). Но они более тяжёлые (0,982 г/см3 при 00С по сравнению с 0,917 г/см3 для обычного льда).
Таблица. Физические
свойства обычной и тяжёлой воды
|
Физические свойства
|
D2O
|
H2O
|
|
Молекулярная
масса (г/моль)
|
20,0276
|
18,0153
|
|
Плотность при 20 0C (г/см3)
|
1,1050
|
0,9982
|
|
Температура максимальной плотности, °C
|
11,24
|
3,98
|
|
Температура замерзания при 1 атм, °C
|
3,82
|
0
|
|
Температура кипения при 1 атм, °C
|
101,44
|
100
|
|
Давление пара при 100 °C, мм. рт.
ст.
|
721,60
|
760,00
|
|
Вязкость при 20 °C, сантипуаз
|
1,247
|
1,002
|
Кристаллы льда, образованного из тяжелой воды вследствии
своей более высокой плотности не плавают на поверхности, как это имеет место в
случае с первой образующийся на поверхности воды корочки льда, а опускаются
вниз на дно сосуда с охлаждаемой водой вместе с другими тяжелыми примесями.
Поэтому, логичнее удалять не только первую образующуюся на поверхности корочку
льда, но также и те кристаллы, образующиеся на дне сосуда. Главная проблема в
том, что тяжелая вода, будучи равномерно расторена в воде, замерзает во всем
объеме охлаждаемой воды, а не на поверхности. При этом образуются
микрокристаллы, которые сложно увидеть невооруженным глазом. Напрашивается
вывод фильтровать эти микрокристаллы при 3.820С через микрофильтр,
но это сложная задача. Осуществить очистку воды от тяжелой воды в домашних
условиях практически неосуществимо. Эта задача достигается сложными
физико-химическими методами – изотопным обменом в присутствии палладия или
платины, многоступенчатым электролизов воды в сочетании с каталитическим
изотопным обменом между водой и водородом; низкотемпературной ректификации жидкого
водорода с последующим сжиганием Н2 с кислородом; вакуумной заморозкой воды с последующим оттаиванием,
вакуумной ректификацией и др. Для получения особо чистой H216O
проводят очень тонкую, многостадийную очистку природной воды совокупностью
вышеуказанных методов, или синтезируют воду из исходных газообразных элементов 1H2
и 16O, которые предварительно очищают от изотопных примесей. Такую
воду применяют в экспериментах и процессах, требующих исключительной чистоты
химических реактивов.
С уважением,
К.х.н. О.В. Мосин
|
Главная 