Легкая вода
Легкая вода — это тщательно очищенная вода, молекулы которой содержат тяжёлые изотопы водорода и кислорода в минимальных количествах. В первом приближении такую воду можно рассматривать как вещество с химической формулой 1H216O.
Классической водой следует считать протиевую воду 1H216O в чистом виде, то есть без малейших примесей остальных изотопных разновидностей. Стабильные изотопы водорода со стабильными изотопами кислорода образуют 9 изотопных разновидностей молекул воды, а именно: 1H216O, 1H217O, 1H218O, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O. В количественном отношении основная масса воды природных источников представлена молекулами 1H216O, состоящими из легких изотопов 1H и 16O. Количество молекул воды, содержащих тяжелые изотопы D, 17O, 18O, зависит от концентрации указанных изотопов, которая в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы SMOW и SLAP. И хотя содержание протиевой воды в природе значительно превосходит содержание всех остальных вместе взятых видов, чистой 1H216O в естественных условиях не существует, она есть лишь в немногих специальных лабораториях. Ее получают очень сложным путем и хранят с величайшими предосторожностями. Молекула 1H216O является наиболее легкой из совокупности изотопных разновидностей молекул воды. Для получения чистой 1H216O ведут тонкую многостадийную очистку природных вод или синтезируют воду из исходных элементов 1H2 и 16O2. Вода с существенно увеличенной долей 1H216O характеризуется меньшим молекулярным весом, обладает меньшей плотностью и является наиболее легкой в категории изотопно-легких вод. Такая вода определяется как легкая особо чистая вода.
Стандарты содержания тяжелых вод
Содержание лёгкой и тяжёлой воды в природных водах контролируются двумя стандартами:
Стандарт SMOW (Standard Mean Ocean Water), соответствующий глубинной воде Мирового океана с содержанием легкой воды 1H216O, равным 997,0325 г/кг (99,73%).
Стандарт SLAP (Standard Light Antarctic Precipitation), соответствующий природной воде из Антарктики, в которой доля легкой воды составляет 997,3179 г/кг (99,76%).
По международному стандарту SMOW абсолютное содержание дейтерия и кислорода-18 в океанической воде составляет [1] : D SMOW /1H SMOW=(155,76±0,05)×10-6, или 155,76 ppm 18O SMOW/16O SMOW =(2005,20±0,45)×10-6, или 2005 ppm. Для стандарта SLAP концентрации в воде составляют: дейтерия D/H=89×10-6 или 89 ppm, кислорода-18 18O/16O=1894×10-6 или 1894 ppm.
Роль дейтерия в образования супранадмолекулярных комплексов в воде
Для воды характерна ярко выраженная способность к самоорганизации вследствие образования водородных связей. Аномальные свойства воды часто объясняются ассоциацией ее молекул в кластеры. Однако ассоциация свойственна и для целого ряда других жидкостей, но такие аномалии у них отсутствуют. По-видимому, особое поведение воды объясняется специфическими супранад-молекулярными (СНМ) образованиями, характерными только для воды. В воде обнаружены супранадмолекулярные комплексы с линейными размерами 30-100 мкм и временем релаксации свыше одной секунды, чередующихся с менее упорядоченными участками, которые вносят существенные коррективы в представления о структуре воды. Для их визуализации применен новый подход с использованием лазерного излучения, позволяющего уловить незначительную разницу в показателях преломления двух микрофаз воды. Численное и массовое распределение гетерофазных кластеров воды по размерам (размерные спектры) определяли с помощью лазерного малоуглового измерителя дисперсности. [2] . На основании изучения роли тяжелых молекул воды установлено, что удаление дейтерия из воды приводит к диспергированию гигантских гетерофазных кластеров (ГГК) и снижению рассеяния лазерного света (уменьшению концентрации ГГК почти в пять раз), т.е. устранение гетерогенности воды по изотопному составу приводит к увеличению ее гомогенности по структуре на субмиллиметровом уровне размеров. Размеры супранадмолекулярных СНМ комплексов различны у лёгкой и тяжёлой воды. При наличии молекул D2O и HOD наблюдается образование более крупных СНМ комплексов, то есть способность к большей кластеризации, что согласуется с целым рядом параметров, указывающих на большую инерционность систем, содержащих в молекуле воды дейтерий вместо протия.
Особенности лёгкой воды
Главной особенностью лёгкой воды является изотопная чистота вещества. То есть, в отличие от обычной чистой воды, лёгкая вода не содержит примесей тяжёлой воды (2H2O) и полутяжёлой воды (1H217O, 1H218O, 1H2H16O, 1H2H17O, 1H2H18O, 2H217O, 2H218O), молярная масса которых больше 18 а.е.м.
Вода с повышенным содержанием 1H216O проявляет свойства отличные от воды с природным содержанием изотопологов. В качестве универсальной среды, в которой идут все биологические реакции, увеличивает скорость этих реакций по сравнению с водой с природным изотопным составом. Этот эффект известен в фундаментальной науке под названием кинетический изотопный эффект растворителя: тяжелые изотопы ингибируют или замедляют реакции по сравнению с легкими изотопами. Удаление тяжелых изотопов из воды деингибирует или ускоряет реакции, поэтому легкая вода в целом активирует биологические реакции в живых системах. Это свойство легкой воды является полезным в условиях, когда скорость метаболических реакций снижена, например, при старении, метаболических заболеваниях типа диабета, инсулиновой резистентности, и метаболического синдрома.
Величины плотности и температур фазовых переходов лёгкой воды ниже соответствующих величин для обычной воды, и тем более тяжёлой воды.
Изменение физических свойств воды при изотопном замещении
Физические свойства 1H216O D218O 1H218O
Плотность при 20°С, г/см3 0.9970 1.1051 1.1106
Температура максимальной плотности, °С 3.98 11.24 4.30
Температура плавления при 1 атм, °С 0 3.81 0.28
Температура кипения при 1 атм, °С 100 101,42 100,14
Давление пара при 100°С, Торр 760,00 721,60 758,10
Вязкость при 20°С, сантипуаз 1,002 1,247 1,056
Обратим внимание на то, что равновесное давление паров у воды разного изотопного состава различается, и весьма существенно. Чем меньше масса молекулы воды, тем выше давление пара, а это означает, что пар, равновесный с водой, всегда обогащен легкими изотопами кислорода и водорода. Относительно малой массы элементов разница масс изотопов велика, поэтому они способны сильно фракционировать в природных процессах: D/H → 100 %, 18O/16O → 12.5 % Изотопы водорода и кислорода наиболее эффективно фракционирует в процессах испарения-конденсации и кристаллизации воды.
Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений изотопного состава H2O. Применение воды с повышенной концентрацией тяжелых изотопов, в частности дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма, ограничивая возможность ее использования в лечебно-профилактических целях [3]. В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод, полученных с помощью различных технологических процессов, относящихся к категории изотопно-легких, со сниженной в той или иной мере по сравнению с исходной концентрацией дейтерия [4]. Поэтому очевидна необходимость в зависимости от целей применения регулирования изотопного состава воды, употребляемой человеком для питья и продуктов на ее основе.
Получение
Для производства изотопно-легкой воды предложены способы и установки, позволяющие снизить в той или иной мере только количество тяжелых изотопов водорода в воде, в основном дейтерия, при сохранении исходного изотопного состава кислорода в H2O. Способ получения «талой» и «реликтовой» воды с пониженным содержанием тяжелых изотопов дейтерия и трития включает операции охлаждения воды и последующего оттаивания замороженной воды. Однако степень снижения количества дейтерия при этом весьма невелика. Довольно значительное обеднение воды изотопами дейтерия достигается методом электролиза, но производительность такой установки крайне мала .
Хотя снижение содержания дейтерия в воде и приводит к некоторому увеличению доли 1H216O , тем не менее обеднение воды только по дейтерию ограничивает возможность дальнейшего увеличения в ней содержания 1H216O . Существенное возрастание доли 1H216O в воде возможно лишь при удалении максимального числа молекул,содержащих тяжелые изотопы D, 17O, 18O. Поэтому предпочтительнее, чтобы увеличение содержания 1H216O в воде при ее промышленном производстве происходило за счет удаления молекул, содержащих не только дейтерий, но и тяжелые изотопы кислорода (17O и 18O). Эффективный способ промышленного производства легкой особо чистой воды с повышенным содержанием 1H216O предложен в патенте, позволяющем промышленным путем, предусматривающим ректификацию исходной воды с помощью ректификационной колонны, содержащей контактное устройство, достигать весьма значительной степени удаления из исходной воды совокупности молекул, содержащих тяжелые изотопы водорода и кислорода и, следовательно, значительного увеличения содержания 1H216O [7]. В результате этого получается новый продукт - легкая особо чистая вода с высокой степенью однородности по изотопному составу.
Применение
Лёгкую воду (как и тяжёлую) используют для изучения динамики реакций изотопоного обмена атома водорода:
1H216O + 2H+ → 2H216O + 1H+.
Так же, ее используют как питьевую. Легкая, особо чистая вода интенсифицирует поступление необходимых веществ и лучше выводит из организма продукты жизнедеятельности (шлаки, токсины), вредные вещества и элементы, поступившие с пищей, загрязненные воздухом, некачественной водой.
Поскольку скорость химических реакций возрастает при участии более легких молекул, тяжелые молекулы «отстают» от легких и имеют тенденцию дольше времени находиться в организме и накапливаться в нем. Все химические и биологические реакции с участием тяжелоизотопных молекул протекают с меньшей скоростью. Например, снижается производительность процессов фильтрации мембран, что приводит к самоотравлению клеток. Скорость каталитических реакций, играющих важнейшую роль в осуществлении обмена веществ, в тяжелой воде в 6 раз ниже, чем в легкой. Низкая скорость обмена веществ ухудшает, а высокая улучшает выживаемость живых существ. Накопленные научные данные свидетельствуют о существовании прямой зависимости здоровья, активности, длительности жизни и выживаемости, как отдельных организмов, так и вида в целом, от скорости обмена веществ. В основе обмена веществ находится вода, и соответственно, все обменные процессы в живых существах зависят от количества, качества и свойств воды. Для повышения жизненных сил и мобилизации их на борьбу с неблагоприятными внешними факторами организм избавляется от молекул, содержащих тяжелые изотопы.
Легкая вода обладает меньшей вязкостью по сравнению с природной. Это позволяет ей легче проникать через клеточные мембраны и повысить скорость обмена веществ в организме. Растворимость веществ в легкой воде выше, поэтому продукты метаболизма выводятся из организма более полно и быстро, притом параллельно ускоряются процессы выведения солей тяжелых металлов, токсинов и других вредных веществ. Легкая вода позволяет естественным образом без применения каких-либо стимулирующих препаратов существенно повысить энергетические ресурсы организма. По результатам исследований лаборатории мембранологии Научного центра здоровья детей РАМН установлено, что в легкой воде до 30% возрастает уровень АТФ в клетках, что повышает их сопротивляемость воздействию на них различных ядов.
Каждый человек, желающий иметь хорошее здоровье и активное долголетие, для обеспечения высокой скорости обмена веществ в своем организме путем замещения содержащихся в нем тяжелых изотопов на легкие, должен употреблять их в составе легкоизотопной воды и легкоизотопных продуктов. [Муратов М.М. «Чудо легкой воды и легких изотопов»]
По материалам Википедии.
|
Главная 