Самое необыкновенное вещество в мире - [2]
Физики сумели создать в своих ускорителях и реакторах еще пять радиоактивных изотопов ки- слорода: >13О, >14О, >15О, >19О, >20О. Все они живут очень недолго и через несколько минут распадают- ся, превращаясь в изотопы других элементов.
Сколько может быть различных вод? Если подсчи- тать все возможные различные соединения с общей
6
Если же окончательно подтвердится сообщение о том, что существуют еще два сверхтяжелых изотопа водорода — >4Н и >5Н, то будут возможны уже сто двад- цать различных вод. Но и это еще не все. Советские физики в 1970 г. на большом ускорителе многоза- рядных ионов создали совершенно удивительный кислород — сверхтяжелый изотоп >2 4 О. В его ядре огромный избыток нейтронов, и оно очень неустой- чиво. Если принять во внимание и этот новый изотоп кислорода, то тогда различных вод можно будет на- считать уже сто тридцать пять!
Подсчитайте сами, сколько различных вод, моле- кулы которых содержат тритий, может образовывать- ся на границе с космосом и постепенно вместе с дож- дями выпадать на землю. Попробуйте сосчитать так- же, сколько различных радиоактивных вод возникает в воде, охлаждающей атомный реактор. Где бы в мире ни зачерпнуть стакан воды, в нем всегда окалсется смесь различных молекул, неодинаковых по изотоп- ному составу. Конечно, вероятность образования мо- лекул с разным изотопным составом далеко не оди- накова. Молекулы, содержащие сразу два или три редко встречающихся изотопных атома, будут воз- никать так редко и их будет так мало, что, по мне- нию физиков, их пока можно не принимать во вни- мание.
7
формулой Н>20, то результат покажется неожидан- ным: всего могут существовать сорок восемь разных вод. Из них тридцать девять вод будут радиоактив- ными, но и стабильных, устойчивых вод тоже бу- дет немало — девять:
Что же такое обыкновенная вода? Такой воды в мире нет. Нигде нет обыкновенной воды. Она всегда не- обыкновенная. Даже по изотопному составу вода в природе всегда различна. Состав зависит от истории воды — от того, что с ней происходило в бесконечном многообразии ее круговорота в природе. При испаре- нии вода обогащается протием, и вода дождя поэтому отлична от воды озера. Вода реки не похожа на морскую воду. В закрытых озерах вода содержит больше дейтерия, чем вода горных ручьев. В каж- дом источнике свой изотопный состав воды.
Когда зимой замерзает вода в озере, никто из тех, кто катается на коньках, и не подозревает, что изо- топный состав льда изменился: в нем уменьшилось содержание тяжелого водорода, но повысилось ко- личество тяжелого кислорода. Вода из тающего льда другая и отличается от воды, из которой лед был по- лучен.
Если воду разложить химически и сжечь добытый из нее водород, то получится снова вода, но совсем другая, потому что в воздухе изотопный состав кисло- рода отличается от среднего изотопного состава кислорода воды. Но зато в отличие от воды изотоп- ный состав воздуха один и тот же на всем земном шаре.
Вода в природе не имеет постоянного изотопного состава, она вечно меняется, и только поэтому нельзя сказать, что где-то есть какая-то обыкновенная вода.
Что такое легкая вода? Это та самая вода, формулу которой знают все школьники — 'Н>2>|60. Но такой воды в природе нет. Такую воду с огромным трудом приготовили ученые. Она им понадобилась для точ- ного измерения свойств воды, и в первую очередь для измерения ее плотности. Пока такая вода существует только в нескольких крупнейших лабораториях ми-
8
ра где изучают свойства различных изотопных со- единений.
Что такое тяжелая вода? И этой воды в природе нет. Строго говоря, нужно было бы называть тяжелой воду» состоящую только из одних тяжелых изотопов водорода и кислорода — D>2>I80; но такой воды нет даже и в лабораториях ученых. Конечно, если эта вода понадобится науке или технике, ученые сумеют найти способ, как ее получить: и дейтерия, и тяжело- го кислорода в природной воде сколько угодно.
В науке и ядерной технике принято условно назы- вать тяжелой водой тяжеловодородную воду. Она содержит только дейтерий, в ней совсем нет обычного легкого изотопа водорода. Изотопный состав по кисло- роду в этой воде соответствует обычно составу кисло- рода воздуха. Формулу тяжеловодородной воды на- писать нельзя. Это не химическое соединение, а смесь нескольких различных вод, в которых во всех содер- жится дейтерий, легкого водорода нет совсем, а ста- бильные изотопы кислорода в этой смеси вод с раз- ным изотопным составом находятся точно в таком же соотношении, в каком они присутствуют в воздухе.
Еще совсем недавно никто в мире и не подозревал, что такая вода существует, а теперь во многих стра- нах мира работают гигантские заводы, перерабаты- вающие миллионы тонн воды, чтобы извлечь из нее дейтерий и получить чистую тяжелую воду.
Бывает ли полутяжелая вода? Полутяжелой водой можно назвать воду со смешанными молекулами состава HDO. Она есть во всякой природной воде, но получить ее в чистом виде невозможно, потому что в воде всегда протекают реакции изотопного обмена. Атомы изотопов водорода очень подвижны и непре- рывно переходят из одной молекулы воды в другую. Приготовить воду, средний состав которой будет
