Просмотр кода страницы Тяжёлая вода

{{Значения|Вода (значения)}}
{{Вещество
| картинка = Тяжёлая вода.jpg 
| картинка3D = Heavy-water-2D-dimensions.svg 
| наименование = оксид дейтерия
| традиционные названия = тяжёлая вода
| хим. формула = D{{sub|2}}O
| состояние = жидкость
| молярная масса = 20,04
| плотность = 1,1042
| динамическая вязкость = 0,00125
| темп. плавления = 3,81
| темп. кипения = 101,43
| критическое давление = 21,86 МПа
| теплоёмкость = 84,3
| теплоёмкость2 = 4,105
| энтальпия образования = −294,6
| энтальпия плавления = 5,301
| энтальпия кипения = 45,4
| давление пара = 10 [[Миллиметр ртутного столба|мм рт. ст.]] при 13,1 °C<br>100 мм рт. ст. при 54 °C
| растворимость = неограниченная
| растворимость1 = малорастворима
| вещество1 = [[диэтиловый эфир|эфире]]
| растворимость2 = неограниченная
| вещество2 = [[этанол]]е
| показатель преломления = 1,32844 (при 20 °C)
| CAS = 7789-20-0
| PubChem = 24602
| EINECS = 232-148-9
| SMILES = [2H]O[2H]
| RTECS = ZC0230000
| ChemSpiderID = 23004
| NFPA 704 = {{NFPA 704||опасность для здоровья=1||огнеопасность=0||реакционноспособность=0||прочее=}}, малотоксична
}}
'''Тяжёлая вода́''' — обычно этот термин применяется для обозначения ''тяжеловодородной [[вода|воды]]'', известной также как ''оксид [[дейтерий|дейтерия]]''. Тяжеловодородная вода имеет ту же [[химическая формула|химическую формулу]], что и обычная вода, но вместо двух атомов обычного лёгкого [[Изотопы|изотопа]] [[водород]]а ([[протий|протия]]) содержит два атома тяжёлого изотопа водорода — дейтерия, а её [[кислород]] по изотопному составу соответствует кислороду [[воздух]]а<ref name="HiZh0365"/>. Формула тяжеловодородной воды обычно записывается как D<sub>2</sub>O или <sup><nowiki>2</nowiki></sup>H<sub>2</sub>O. Внешне тяжёлая вода выглядит как обычная — бесцветная жидкость без запаха, но обладающая сладковатым вкусом<ref name=ben2021>{{Статья|автор=Ben Abu N. et al.|заглавие=Sweet taste of heavy water|издание=Communications Biology|год=2021|том=4|выпуск=1|страницы=1–10|ссылка=https://www.nature.com/articles/s42003-021-01964-y|issn=2399-3642|doi=10.1038/s42003-021-01964-y|язык=en|archive-date=2021-08-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20210813161736/https://www.nature.com/articles/s42003-021-01964-y}}</ref>. Не [[Радиоактивный распад|радиоактивна]].

== История открытия ==
Молекулы тяжеловодородной воды были впервые обнаружены в природной воде [[Юри, Гарольд Клейтон|Гарольдом Юри]] в [[1932 год]]у, за что учёный был удостоен Нобелевской премии по химии в 1934 году. Уже в [[1933 год]]у [[Льюис, Гилберт Ньютон|Гилберт Льюис]] впервые выделил чистую тяжеловодородную воду. При [[электролиз]]е обычной воды, содержащей наряду с обычными молекулами воды незначительное количество молекул [[#Полутяжёлая вода|полутяжёлой воды]] (HDO) и ещё меньшее количество молекул тяжёлой воды (D<sub>2</sub>O), включающих в себя тяжёлый изотоп водорода, остаток постепенно обогащается молекулами этих соединений. Из такого остатка после многократного повторения электролиза Льюису 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—10 % до >99 % (см. ниже).

После открытия в конце 1938 года [[Деление ядра|деления ядер]] и осознания возможности использования цепных ядерных реакций деления, индуцированных нейтронами, возникла необходимость в замедлителе нейтронов — веществе, позволяющем эффективно замедлять нейтроны, не теряя их в реакциях захвата. Наиболее эффективно нейтроны замедляются лёгкими ядрами, и самым эффективным замедлителем должны были бы быть ядра обычного водорода (протия), однако они обладают высоким [[Сечение захвата нейтронов|сечением захвата нейтронов]]. Напротив, тяжёлый водород захватывает очень мало нейтронов (сечение захвата тепловых нейтронов у протия в более чем 100 тысяч раз выше, чем у дейтерия). Технически наиболее удобным соединением дейтерия является тяжёлая вода, причём она способна также служить теплоносителем, отводя выделяющееся тепло от области, где происходит цепная реакция деления. С самых ранних времён ядерной энергетики тяжёлая вода стала важным компонентом в некоторых реакторах, как энергетических, так и предназначенных для наработки изотопов плутония для ядерного оружия. Эти так называемые [[Тяжеловодный ядерный реактор|тяжеловодные реакторы]] имеют то преимущество, что могут работать на природном (необогащённом) уране без использования графитовых замедлителей, которые на этапе вывода из эксплуатации могут представлять опасность взрыва пыли и содержат наведённую радиоактивность ([[углерод-14]] и ряд других радионуклидов)<ref>{{Cite web |url=https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/ngwm-cd/PDF-Files/paper%2017%20%28Holt%29.pdf |title=Источник |access-date=2014-12-17 |archive-date=2016-03-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160303223544/http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/ngwm-cd/PDF-Files/paper%2017%20(Holt).pdf |url-status=live }}</ref>. Однако в большинстве современных реакторов используется обогащённый уран с нормальной «лёгкой водой» в качестве замедлителя, несмотря на частичную потерю замедленных нейтронов.

=== Производство тяжёлой воды в СССР ===
{{Глобализировать|регион=СССР|дата=2014-06-12}}
Промышленное производство и применение тяжёлой воды началось с развитием атомной энергетики. В СССР при организации Лаборатории № 3 АН СССР ([[Институт теоретической и экспериментальной физики|современный ИТЭФ]]) перед руководителем проекта [[Алиханов, Абрам Исаакович|А. И. Алихановым]] была поставлена задача создания [[Тяжеловодный ядерный реактор|реактора на тяжёлой воде]]. Это обусловило потребность в тяжёлой воде, и [[Технический совет Специального комитета|техническим советом Специального комитета при СНК СССР]] был разработан проект Постановления СНК СССР «О строительстве полупромышленных установок по производству продукта 180», работы по созданию производительных установок тяжёлой воды в кратчайшие сроки были поручены руководителю атомного проекта [[Ванников, Борис Львович|Б. Л. Ванникову]], [[Народный комиссариат химической промышленности СССР|народному комиссару химической промышленности]] [[Первухин, Михаил Георгиевич|М. Г. Первухину]], представителю [[Госплан СССР|Госплана]] [[Борисов, Николай Андреевич (Герой Социалистического Труда)|Н. А. Борисову]], [[Народный комиссариат по делам строительства СССР|народному комиссару по делам строительства СССР]] [[Гинзбург, Семён Захарович|С. З. Гинзбургу]], [[Наркомат машиностроения и приборостроения СССР|народному комиссару машиностроения и приборостроения СССР]] [[Паршин, Пётр Иванович|П. И. Паршину]] и [[Народный комиссариат нефтяной промышленности СССР|народному комиссару нефтяной промышленности СССР]] [[Байбаков, Николай Константинович|Н. К. Байбакову]]<ref name="9cc" />. Главным консультантом в вопросах тяжёлой воды стал начальник сектора [[Лаборатория № 2 АН СССР|Лаборатории № 2 АН СССР]] [[Корнфельд, Марк Иосифович|М. И. Корнфельд]].

== Свойства ==
{| class="wikitable"
|+ Свойства тяжёлой воды
|[[Энтальпия образования]] {{math|Δ''H''}}||−294,6 кДж/моль (ж) (при 298 К)
|-
|[[Энергия Гиббса образования]] {{math|''G''}}||−243,48 кДж/моль (ж) (при 298 К)
|-
|[[Энтропия образования]] {{math|''S''}}||75,9 Дж/моль·K (ж) (при 298 К)
|-
|[[Критическая точка (термодинамика)|Критическая плотность]]||0,363 г/см³
|}

{| class="wikitable"
|+ Сравнение характеристик тяжёлой, [[#Полутяжёлая вода|полутяжёлой]] и обычной воды<ref name=wapr>''Chaplin M.'' [https://web.archive.org/web/20200223131208/http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_properties.html Water properties]. — Water Structure and Science.</ref>
|-
! Параметр || D<sub>2</sub>O ||HDO|| H<sub>2</sub>O
|-
| Температура плавления, °C || 3,82 || 2,04 || 0,00
|-
| Температура кипения, °C || 101,42 ||100,7|| 99,974
|-
| Плотность при 20&nbsp;°C, г/см³ || 1,1056 ||1,054|| 0,9982
|-
| Плотность жидкости при температуре плавления, г/см³ || 1,10546 ||—|| 0,99984
|-
| Плотность льда при температуре плавления, г/см³ || 1,0175 ||—|| 0,91672
|-
| Температура максимальной плотности, °C || 11,6 ||—|| 4,0
|-
| [[Вязкость]] при 20&nbsp;°C, санти[[пуаз]] || 1,2467 ||1,1248|| 1,0016
|-
| [[Поверхностное натяжение]] при 25&nbsp;°C, [[Дина (единица измерения)|дин]]·см || 71,87 ||71,93|| 71,98
|-
| Молярное уменьшение объёма при плавлении, см³/[[Моль (единица измерения)|моль]] || 1,567 |||| 1,634
|-
| [[Молярная теплота плавления]], [[калория|ккал]]/моль || 1,515 |||| 1,436
|-
| [[Молярная теплота парообразования]], ккал/моль || 10,864 ||10,757|| 10,515
|-
| [[pH]] при 25&nbsp;°C || 7,41 ||7,266|| 7,00
|-
|}

== Нахождение в природе ==
В природных водах один атом [[дейтерий|дейтерия]] приходится на 6400—7600<ref name=he>{{Книга:ХЭ|автор=Зельвенский Я. Д.|статья=Дейтерий|том=2|с=16—17|ref=}}</ref> атомов [[протий|протия]]. Почти весь он находится в составе молекул [[#Полутяжёлая вода|полутяжёлой воды]] DHO, одна такая молекула приходится на 3200—3800 молекул лёгкой воды. Лишь очень незначительная часть атомов дейтерия формирует молекулы тяжёлой воды D<sub>2</sub>O, поскольку вероятность двум атомам дейтерия встретиться в составе одной молекулы в природе мала (примерно 0,5{{e|−7}}). При искусственном повышении концентрации дейтерия в воде эта вероятность растёт.

Тяжёлая вода встречается в природе практически во всех естественных водоёмах, однако содержание её составляет миллионные доли процента. При этом в изолированных водоёмах в областях, где отмечаются жаркие климатические условия, а также в океанических водах [[экватор]]а и тропиков содержание тяжёлой воды больше, а в Антарктиде и во льдах Гренландии её присутствие минимально<ref name="alekseev">{{статья|автор=Алексеев В. Р.|заглавие=Этот загадочный обыкновенный лёд|издание=Наука и техника в Якутии|год=2019|том=|выпуск=2 (37)|страницы=98—106|ссылка=https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42478071|doi=10.24411/1728-516Х-2019-10050|arxiv=|язык=|archive-date=2021-01-29|archive-url=https://web.archive.org/web/20210129165116/https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42478071}}</ref>. В наши дни высказана гипотеза, что тяжёлая вода может содержаться в [[донный лёд|донном льде]]<ref name="vodagipoteza">'' Аджиев М. Э.'' Явление криогенного концентрирования тяжёлой воды // Материалы гляциологических исследований. — Т. 65. 1989. С. 65</ref><ref name="ostor">''Аджиев М. Э.'' [http://n-t.ru/tp/mr/otv.htm Осторожно, тяжёлая вода!] {{Wayback|url=http://n-t.ru/tp/mr/otv.htm |date=20200829065750 }} // Наука и жизнь. 1988, № 10</ref><ref name="vodapochemu">''Аджиев М. Э.'' [http://znak.traumlibrary.net/page/zv8903.html Тяжёлая вода? Почему бы и нет!] {{Wayback|url=http://znak.traumlibrary.net/page/zv8903.html |date=20180808232821 }} — М.: Знание. 1989, № 3.</ref>. Однако подтверждения этой гипотезы нет.

== Биологическая роль и физиологическое воздействие ==
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 незначительно сильнее обычных, но за счёт двукратной разницы в массе лёгкого и тяжёлого нуклидов существенно меняется (замедляется от дейтерия) кинетика протекающих процессов ионообмена. Эксперименты над млекопитающими (мыши, крысы, собаки)<ref name="k">{{статья |pmid=10535697 |заглавие=Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds |ссылка=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 |access-date=2012-10-17 |издание={{Нп3|Canadian Journal of Physiology and Pharmacology|Can. J. Physiol. Pharmacol.||Canadian Journal of Physiology and Pharmacology}} |том=77 |номер=2 |страницы=79—88 |doi=10.1139/cjpp-77-2-79 <!--Retrieved from CrossRef by DOI bot--> |язык=en |тип=journal |автор=D. J. Kushner, Alison Baker, and T. G. Dunstall |год=1999 |archive-date=2016-03-05 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160305000320/http://list.uvm.edu/cgi-bin/wa?A3=ind1101&L=ISOGEOCHEM&E=base64&P=677227&B=--Apple-Mail-5-619132427&T=application%2Fpdf%3B%20name%3D%22rpv.pdf%22&N=rpv.pdf }}. — «used in boron neutron capture therapy … D<sub>2</sub>O is more toxic to malignant than normal animal cells … Protozoa are able to withstand up to 70 % D<sub>2</sub>O. Algae and bacteria can adapt to grow in 100 % D<sub>2</sub>O».</ref> показали, что замещение 25 % водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, иногда необратимой<ref>{{книга|автор=Лобышев В. Н., Калиниченко Л. П.|часть=|заглавие=Изотопные эффекты D<sub>2</sub>O в биологических системах|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=М.|издательство=Наука|год=1978|том=|страницы=|страниц=215|isbn=|тираж=}}</ref><ref>{{книга|автор=Vertes A.|часть=|заглавие=Physiological effects of heavy water. Elements and isotopes: formation, transformation, distribution|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=Dordrecht|издательство=Kluwer Acad. Publ.|год=2004 |том=|страницы=|страниц=112|isbn=||язык=en}}</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. 23-26</ref>. [[Простейшие]] способны адаптироваться к 70 % раствору тяжёлой воды, а [[водоросли]] и [[бактерии]] способны жить даже в чистой тяжёлой воде<ref name="k" /><ref>{{статья|автор=Мосин О. В., Швец В. И., Складнев Д. А., Игнатов И.|заглавие=Микробный синтез дейтерий-меченного L-фенилаланина факультативной метилотрофной бактерией Brevibacterium Methylicum на средах с различными концентрациями тяжёлой воды|издание=Биофармацевтический журнал|год=2012|том=4|выпуск=1|страницы=11—22|ссылка=|doi=|arxiv=|язык=}}</ref><ref>{{статья|автор=Мосин О. В., Игнатов И.|заглавие=Изотопные эффекты дейтерия в клетках бактерий и микроводорослей при росте на тяжёлой воде (D<sub>2</sub>O)|издание=Вода: химия и экология|год=2012|том=|выпуск=3|страницы=83—94|ссылка=|doi=|arxiv=|язык=}}</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>{{статья|автор=Mosin O. V., Ignatov I. |заглавие=Microbiological Synthesis of <sup>2</sup>H-Labeled Phenylalanine, Alanine, Valine, and Leucine/Isoleucine with Different Degrees of Deuterium Enrichment by the Gram-Positive Facultative Methylotrophic Bacterium Вrevibacterium Methylicum|издание=International Journal of BioMedicine|год=2013|том=3|выпуск=2|страницы=132—138|ссылка=|doi=|arxiv=|язык=en}}</ref>. Человек может без видимого вреда для здоровья выпить несколько стаканов тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. Так, в одном из экспериментов по изучению связи [[Вестибулярный аппарат|вестибулярного аппарата]] и непроизвольных движений глаз ([[нистагм]]а) добровольцам предлагалось выпить от 100 до 200 граммов тяжёлой воды; в результате поглощения более плотной тяжёлой воды купулой (желатинообразной структурой в [[Полукружные каналы|полукружных каналах]]) её нейтральная плавучесть в эндолимфе каналов нарушается, и возникают лёгкие нарушения пространственной ориентации, в частности нистагм. Этот эффект аналогичен возникающему при приёме алкоголя (однако в последнем случае плотность купулы уменьшается, поскольку плотность [[этанол|этилового спирта]] меньше плотности воды)<ref>{{статья |автор=Money K. E., Myles W. S.|заглавие=Heavy water nystagmus and effects of alcohol |ссылка=https://archive.org/details/sim_nature-uk_1974-02-08_247_5440/page/404|издание=Nature|год=1974  |том=247 |номер=5440 |страницы=404—405 |doi=10.1038/247404a0 |pmid=4544739 |bibcode=1974Natur.247..404M |язык=en  }}</ref>.
Таким образом, тяжёлая вода гораздо менее токсична, чем, например, [[поваренная соль]].<!--, однако поваренная соль участвует в обмене веществ, а тяжёлая вода является примесью.--> Тяжёлая вода использовалась для лечения [[Артериальная гипертензия|артериальной гипертензии]] у людей в суточных дозах от 10 до {{nobr|675 г}} D<sub>2</sub>O в день<ref>{{Патент США|5223269|Method and composition for the treatment of hypertension|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}}

Некоторые люди отмечают, что тяжёлая вода сладковатая на вкус. Научное подтверждение этого факта было опубликовано в 2021 году. Установлено, что сладковатый привкус у тяжёлой воды примерно совпадает со вкусом {{nobr|0,05 [[Молярность|М]]}} раствора [[Сахароза|сахарозы]] в обычной воде (17 г/л, или половина [[Чайная ложка|чайной ложки]] сахара на стакан воды)<ref name=ben2021/>.

== Некоторые сведения ==
Тяжёлая вода накапливается в остатке [[электролит]]а при многократном [[электролиз]]е воды. На открытом воздухе тяжёлая вода быстро поглощает пары обычной воды, поэтому можно сказать, что она [[гигроскопичность|гигроскопична]]. Производство тяжёлой воды очень энергоёмко, поэтому её стоимость довольно высока. В 1935 году, сразу после открытия тяжёлой воды, её цена составляла ориентировочно {{nobr|19 долларов}} за грамм<ref>{{cite web|url=http://www.sciencenews.org/view/generic/id/337536/description/Pharmacologist_drinks_heavy_water_in_experiment|title=Pharmacologist drinks heavy water in experiment|date=1935-02-09|publisher=Science News Staff|lang=en|access-date=2013-09-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20130909000626/http://www.sciencenews.org/view/generic/id/337536/description/Pharmacologist_drinks_heavy_water_in_experiment|archive-date=2013-09-09|url-status=dead}}</ref>. В настоящее время тяжёлая вода с содержанием дейтерия {{nobr|99 % ат.}}, продаваемая поставщиками химических реактивов, при покупке {{nobr|1 кг}} сто́ит около {{nobr|1 евро}} за грамм<ref>[http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/435767?lang=en Deuterium oxide, 99 atom % D | D2O | Sigma-Aldrich]</ref>, однако эта цена относится к продукту с контролируемым и гарантированным качеством химического реактива; при снижении требований к качеству цена может быть на порядок ниже.

Среди населения бытует [[городские легенды|миф]] о том, что при длительном кипячении природной воды концентрация тяжёлой воды в ней повышается, что якобы может вредно сказаться на здоровье, из-за публикации предположения В. В. Похлёбкина в книге «Чай. Его типы, свойства, употребление», вышедшей в 1968 году<ref>{{Статья|автор=|заглавие=Дейтерий — в чайнике?|ссылка=|язык=|издание=[[Химия и жизнь]]|тип=|год=1969|месяц=|число=|том=|номер=2|страницы=24—25|issn=|nodot=1}}</ref>. В действительности повышение концентрации тяжёлой воды при кипячении ничтожно. Академик [[Петрянов-Соколов, Игорь Васильевич|Игорь Васильевич Петрянов-Соколов]] как-то подсчитал, сколько воды должно испариться из чайника, чтобы в остатке заметно повысилось содержание дейтерия. Оказалось, что для получения {{nobr|1 литра}} воды, в которой концентрация дейтерия равна 0,15 %, то есть всего в {{nobr|10 раз}} превышает природную, в чайник надо долить в общей сложности 2,1{{e|30}} тонн воды, что в 300 млн раз превышает массу Земли<ref>{{cite web|url=http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/DETERI_I_TYAZHELAYA_VODA.html?page=0,2|title=Тяжелая вода|author=Илья Леенсон|publisher=Энциклопедия Кругосвет|access-date=2013-09-07|archive-date=2019-07-31|archive-url=https://web.archive.org/web/20190731125435/https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/DETERI_I_TYAZHELAYA_VODA.html?page=0,2|url-status=live}}</ref>. Гораздо сильнее сказывается на вкусе и свойствах воды при кипячении повышение концентрации растворённых солей, переход в раствор веществ из стенок посуды и термическое разложение органических примесей.

== Получение ==
Стоимость производства тяжёлой воды определяется затратами энергии. Поэтому при обогащении тяжёлой воды применяют последовательно разные технологии — вначале пользуются более дешёвыми технологиями с бо́льшими потерями тяжёлой воды, а в конце — более энергозатратными, но с меньшими потерями тяжёлой воды.

С 1933 по 1946 годы единственным применявшимся методом обогащения был [[электролиз]]. В последующем появились технологии [[ректификация|ректификации]] жидкого водорода и изотопного обмена в системах [[водород]] — жидкий [[аммиак]], водород — вода, [[сероводород]] — вода. Современное массовое производство во входном потоке использует воду, дистиллированную из электролита цехов получения электролитического водорода, с содержанием 0,1—0,2 % тяжёлой воды.

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&nbsp;°C, выходная концентрация тяжёлой воды 99,75—99,995 %<ref>{{Статья|ссылка=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0360319980900221|автор=M. Hammerli|заглавие=Heavy water as a valuable by-product of electrolytic hydrogen|год=1980-01-01|издание=International Journal of Hydrogen Energy|том=5|выпуск=4|страницы=409–422|issn=0360-3199|doi=10.1016/0360-3199(80)90022-1}}</ref>.

Крупнейшим в мире производителем тяжёлой воды является Канада, что связано с применением в её энергетике [[Тяжеловодный ядерный реактор|тяжеловодных ядерных реакторов]] [[CANDU]].

== Применение ==
Важнейшим свойством тяжеловодородной воды является то, что она очень слабо поглощает [[нейтрон]]ы, поэтому используется в [[Тяжеловодный ядерный реактор|ядерных реакторах]] для [[Замедление нейтронов|замедления нейтронов]] и в качестве теплоносителя. Примером энергетического тяжёловодного реактора являются канадский [[CANDU]] и [[Союз Советских Социалистических Республик|советско]]-[[Чехословацкая Социалистическая Республика|чехословацкий]] KS 150 на [[АЭС Богунице]]. Она используется также в качестве [[Меченые атомы|изотопного индикатора]] в [[химия|химии]], [[биология|биологии]] и [[гидрология|гидрологии]], агрохимии и др. (в том числе в опытах с живыми организмами и при диагностических исследованиях человека). <!-- (не относится к D2O) Соединения дейтерия используются также при спектроскопических исследованиях. Изделия из монокристаллов на основе KD<sub>2</sub>PO<sub>4</sub> применяются для создания систем управления и преобразования лазерного излучения.--> В [[физика элементарных частиц|физике элементарных частиц]] тяжёлая вода используется для детектирования [[нейтрино]]; так, крупнейший детектор солнечных нейтрино [[SNO]] (Канада) содержит 1000 [[тонна|тонн]] тяжёлой воды.

Дейтерий — ядерное топливо для энергетики будущего, основанной на управляемом термоядерном синтезе. В первых энергетических реакторах такого типа предполагается осуществить реакцию {{nobr|D + T → <sup>4</sup>He + {{math|''n''}} + 17,6 МэВ}}<ref>{{книга|автор=Андреев Б. М., Зельвенский Я. Д., Катальников С. Г.|заглавие=Тяжёлые изотопы водорода в ядерной технике|ссылка=|место=М.|издательство=Энергоатомиздат|год=1987}}</ref>.

В некоторых странах (например, в [[Австралия|Австралии]]) коммерческий оборот тяжёлой воды поставлен под государственные ограничения, что связано с теоретической возможностью её использования для создания «несанкционированных» реакторов на природном уране, пригодных для наработки [[Оружейный плутоний|оружейного плутония]].

== Другие виды тяжёлой воды ==

=== Полутяжёлая вода ===
{{Основная статья|Полутяжёлая вода}}
Выделяют также [[полутяжёлая вода|полутяжёлую воду]] (известную также под названиями ''дейтериевая вода'', ''монодейтериевая вода'', ''гидроксид дейтерия''), у которой только один атом водорода замещён дейтерием. Формулу такой воды записывают так: DHO или ²HHO. Вода, имеющая формальный состав DHO, вследствие реакций [[изотопный обмен|изотопного обмена]] реально будет состоять из смеси молекул DHO, D<sub>2</sub>O и H<sub>2</sub>O (в пропорции примерно 2:1:1). Это замечание справедливо и для THO и TDO.

=== Сверхтяжёлая вода ===
{{main|Сверхтяжёлая вода}}
Сверхтяжёлая вода содержит [[тритий]], [[период полураспада]] которого более 12 лет. По своим свойствам сверхтяжёлая вода ('''T<sub>2</sub>O''') ещё заметнее отличается от обычной: кипит при 104&nbsp;°C, замерзает при +9&nbsp;°C и имеет плотность 1,21 г/см³<ref name=ХЭ5>{{Книга:ХЭ|автор=Зельвенский Я. Д.|статья=Тритий|ссылка=|том=5|с=5—7|ref=}}</ref>. Известны (то есть получены в виде более или менее чистых макроскопических образцов) все девять вариантов сверхтяжёлой воды: THO, TDO и T<sub>2</sub>O с каждым из трёх стабильных изотопов кислорода (<sup>16</sup>O, <sup>17</sup>O и <sup>18</sup>O). Иногда сверхтяжёлую воду называют просто тяжёлой водой, если это не может вызвать путаницы. Сверхтяжёлая вода имеет высокую [[wikt:радиотоксичность|радиотоксичность]].

=== Тяжелокислородные изотопные модификации воды ===
Термин '''тяжёлая вода''' применяют также по отношению к тяжелокислородной воде, у которой обычный лёгкий кислород <sup>16</sup>O заменён одним из тяжёлых стабильных изотопов <sup>17</sup>O или <sup>18</sup>O. Тяжёлые [[изотопы кислорода]] существуют в природной смеси, поэтому в природной воде всегда есть примесь обеих тяжелокислородных модификаций. Их физические свойства также несколько отличаются от свойств обычной воды; так, температура замерзания <sup>1</sup>H<sub>2</sub><sup>18</sup>O составляет +0,28&nbsp;°C<ref name=wapr/>.

Тяжелокислородная вода, в частности, <sup>1</sup>H<sub>2</sub><sup>18</sup>O, используется в диагностике онкологических заболеваний (из неё на циклотроне получают изотоп фтор-18, который используют для синтеза препаратов для диагностики онкозаболеваний, в частности [[Фтордезоксиглюкоза|18-фдг]]).

=== Общее число изотопных модификаций воды ===
{{см. также|Изотопы водорода|Изотопы кислорода}}

Если подсчитать все возможные соединения с общей формулой Н<sub>2</sub>О, то общее количество возможных ''нерадиоактивных'' изотопных модификаций воды равно девяти (так как существует два стабильных изотопа водорода и три — кислорода):

* Н<sub>2</sub><sup>16</sup>O − лёгкая вода, или просто вода
* Н<sub>2</sub><sup>17</sup>O<!-- − нет спецназвания-->
* Н<sub>2</sub><sup>18</sup>O − тяжелокислородная вода
* HD<sup>16</sup>O − полутяжёлая вода
* HD<sup>17</sup>O<!-- − нет спецназвания-->
* HD<sup>18</sup>O<!-- − нет спецназвания-->
* D<sub>2</sub><sup>16</sup>O − тяжёлая вода
* D<sub>2</sub><sup>17</sup>O<!-- − нет спецназвания-->
* D<sub>2</sub><sup>18</sup>O<!-- − нет спецназвания-->

С учётом трития их число возрастает до 18:
* T<sub>2</sub><sup>16</sup>O — сверхтяжёлая вода
* T<sub>2</sub><sup>17</sup>O<!-- − нет спецназвания-->
* T<sub>2</sub><sup>18</sup>O<!-- − нет спецназвания-->
* DT<sup>16</sup>O<!-- − нет спецназвания-->
* DT<sup>17</sup>O<!-- − нет спецназвания-->
* DT<sup>18</sup>O<!-- − нет спецназвания-->
* HT<sup>16</sup>O<!-- − нет спецназвания-->
* HT<sup>17</sup>O<!-- − нет спецназвания-->
* HT<sup>18</sup>O<!-- − нет спецназвания-->

Таким образом, '''кроме''' обычной, наиболее распространённой в природе ''«лёгкой» воды'' <sup>1</sup>H<sub>2</sub><sup>16</sup>O, в общей сложности существует 17 более тяжелых<!-- без кавычек, не ошибка --> вод — 8 стабильных и 9 радиоактивных.

Всего же общее число возможных «вод» с учётом всех известных изотопов водорода (7) и кислорода (17) формально равняется 476. <!-- так как 7 изотопов водорода и 17 изотопов кислорода посчитайте сами {{ (1+2+3+4+5)*17 = 476 }} --> Однако распад почти всех '''радиоактивных''' изотопов водорода и кислорода происходит за секунды или доли секунды (важным исключением является тритий, [[период полураспада]] которого более {{nobr|12 лет}}). Например, все более тяжёлые, чем тритий, изотопы водорода живут порядка {{nobr|10<sup>−20</sup> с}}; за это время никакие химические связи просто не успевают образоваться, и, следовательно, молекул воды с такими изотопами не бывает. Радиоизотопы кислорода имеют периоды полураспада от нескольких десятков секунд до наносекунд. Поэтому макроскопические образцы воды с такими изотопами получить невозможно, хотя молекулы и микрообразцы могут быть получены. Интересно, что некоторые из этих короткоживущих радиоизотопных модификаций воды легче, чем обычная «лёгкая» вода (например, <sup>1</sup>H<sub>2</sub><sup>15</sup>O).

== Литература ==
* Изотопный анализ воды. 2-е изд. — М.: Издательство АН СССР, 1957.
* ''Андреев Б. М., Зельвенский Я. Д., Катальников С. Г.'' Тяжёлые изотопы водорода в ядерной технике. 2-е изд. — М.: ИздАТ, 2000.

== Примечания ==
{{примечания|2|refs=
<ref name="HiZh0365">{{статья|автор=[[Петрянов-Соколов, Игорь Васильевич|Петрянов И. В.]]|заглавие=Самое необыкновенное вещество|издание=[[Химия и жизнь]]|год=1965|номер=3|страницы=2—14}}</ref>
<ref name="9cc">{{Источник в Викитеке
 |ссылка=Протокол № 9 заседания Специального комитета 30 ноября 1945
 |текст_ссылки=Протокол № 9 заседания Специального комитета при Совнаркоме СССР. Москва, Кремль 30 ноября 1945 года
 |текст=документа}}</ref>
}}

{{Навигация
 | Тема         = Тяжёлая вода
 | Викицитатник = Тяжёлая вода
 | Викитека     = 
 | Викисловарь  = тяжёлая вода
 
 }}

{{внешние ссылки}}
{{Вода}}

[[Категория:Ядерная физика]]
[[Категория:Радиохимия]]
[[Категория:Вода]]
[[Категория:Химия воды]]
[[Категория:Соединения дейтерия]]