Изотопы водорода и свойства его соединений

Современные радиохимические методы позволяют с большой точностью определять содержание трития в сравнительно небольшом количестве воды, взятой из того или иного источника. Для чего это нужно? Оказывается, радиоактивный тритий с весьма удобным временем жизни – чуть больше 10 лет – может дать много ценной информации. У.Либби назвал тритий «радиоводородом», по аналогии с радиоуглеродом. Тритий может служить прекрасной меткой для изучения различных природных процессов. Анализ атмосферного трития дает ценную информацию о космических лучах. А тритий в осадочных породах может свидетельствовать о перемещениях воздуха и влаги на Земле.

Наиболее богатые природные источники трития – дождь и снег, поскольку почти весь тритий, образующийся под действием космических лучей в атмосфере, переходит в воду. Интенсивность космической радиации изменяется с широтой, поэтому осадки, например, в средней полосе России несут в несколько раз больше трития, чем тропические ливни. И совсем мало трития в дождях, которые идут над океаном, поскольку их источник – в основном та же океаническая вода, а ней трития немного. Понятно, что глубинный лед Гренландии или Антарктиды совсем не содержит трития – он там давно успел полностью распасться. Зная скорость образования трития в атмосфере, можно рассчитать, как долго влага находится в воздухе- с момента ее испарения с поверхности до выпадения в виде дождя или снега. Оказалось, что, например, в воздухе над океаном этот срок составляет в среднем 9 дней.

Запасы природного трития ничтожны. Поэтому весь тритий, используемый для различных целей, получают искусственно, путем облучения лития нейтронами. В результате стало возможным получить значительные количества чистого трития и изучить его свойства, а также свойство его соединений. Так, сверхтяжелая вода Т2О имеет плотность 1,21459 г/см3. Синтезированный тритий сравнительно дешев и находит применение в научных исследованиях и в промышленности. Широкое применение нашли тритиевые светящиеся краски, которые наносят на шкалы приборов. Эти светосоставы с точки зрения радиации менее опасны, чем традиционные радиевые. Например, сульфид цинка, содержащий небольшое количество соединений трития (примерно 0,03 мг на 1 г светосостава), непрерывно излучает зеленый свет. Такие светосоставы постоянного действия используют для изготовления указателей, шкал приборов и т.п. На их производство ежегодно расходуют сотни граммов трития.

Тритий присутствует и в человеческом организме. Он поступает в него с пищей, с вдыхаемым воздухом и через кожу (12%). Интересно, что газообразный Т2 в 500 раз менее токсичен, чем сверхтяжелая вода Т2О. Это объясняется тем, что молекулярный тритий, попадая с воздухом в легкие, затем быстро (примерно за 3 мин) выделяется из организма, тогда как тритий в составе воды задерживается в нем на 10 суток и успевает за это время передать ему значительную дозу радиации. В среднем организм человека содержит 5·10–12 г трития, что дает вклад 0,13 мбэр в общую дозу годового облучения (это в сотни раз меньше облучения от других источников радиации). Интересно, что у людей, носящих часы, в которых стрелки и цифры покрыты тритиевым люминофором, содержание трития в теле в 5 раз выше среднего.

Важнейшие соединения трития- тритиды. Они подобны гидридам (незначительной отличия проявляются в таких свойствах, как плотность и параметры кристаллической решетки): получают их теми же методами, что и гидриды. Наиболее важны LiT (Li2DT), TiT2, ZrT2, UT3. Обьем (см3) T2, связываемого 1 г металла: Li 1,6*103, Ti 4,7*102, Zr 2,5-102, U 1,4*102. В любом водородсодержащем соединение замещение одного атома H на атом T приводит к образованию соединение с удельная активностью 107,7-104 ГБк/моль.

Сверхтяжёлая вода содержит тритий, период полураспада которого более 12 лет. По своим свойствам сверхтяжёлая вода (T2O)  ещё заметнее отличается от обычной: кипит при 104 °C, замерзает при +9 °C и имеет плотность 1,21 г/см³. Известны все девять вариантов сверхтяжёлой воды: THO, TDO и T2O с каждым из трёх стабильных изотопов кислорода (16O, 17O и 18O). Иногда сверхтяжёлую воду называют просто тяжёлой водой, если это не может вызвать путаницы. Сверхтяжёлая вода имеет высокую радиотоксичность.

А еще тритий является одним из основных компонентов взрывчатого вещества термоядерных (водородных) бомб, а также весьма перспективен для проведения управляемой термоядерной реакции по схеме:

D + T > 4He + n.

Заключение

Водород — это важное, незаменимое, интересное вещество на нашей планете.

В настоящее время проблема использования водорода приобрела особое значение. Энергетический кризис, проблема защиты окружающей среды от непрерывного и угрожающего загрязнения нефтью и продуктами сгорания различных топлив – все это стимулирует рост интереса к водороду как к экологически чистому горючему. Водород может служить универсальным источником энергии, получаемой как при непосредственном его сжигании, так и в топливных элементах. Подсчитано, что энергетические затраты на перекачивание водорода по трубопроводам меньше, чем потери электроэнергии в ЛЭП. При сгорании водорода образуется только вода, и атмосфера остается чистой. Водород с успехом может быть использован как топливо для различных видов транспорта и в бытовых целях – отопление, приготовление пищи и т.д. Одним из главных преимуществ водородной энергетики также является то, что на Земле огромные запасы воды и водород – самый распространенный элемент во Вселенной.

Водород? Что такое водород? Простой элемент? Нет! Водород — это не просто элемент, водород — это чудо и сейчас его не без основания называют элементом будущего.

Список используемой литературы

• Андреев Б. М. Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике / Б. М. Андреев, Я. Д. Зельвенский, С. Г. Катальников - М.: Атомиздат, 1987.
• Белан Л. Г. Тяжелая вода и синтезированные меченые соединения / Белан Л. Г. - М., 1969.
• Эванс Э. Тритий и его соединения / Э. Эванс - М.: Атомиздат, 1970.
• Беловодский Л. Ф. Тритий / Л. Ф. Беловодский, В. К Гаевой, В. И Гришмановский. - М.: Атомиздат, 1985.
• Бродский А. И. Химия изотопов / А. И.  Бродский - М.: Изд - во Академии наук СССР, 1952. - 167-174 с.
• Куликов Б. С. Изотопы и свойства элементов / Б. С.  Куликов - М., 1990.
• Ленский Л. А. Физика и химия трития / Л. А. Ленский - М.: Атомиздат, 1981.
• Некрасов Б. В. Основы общей химии / Б. В. Некрасов - М.: Изд – во Химия, 1970
• Реми Г. Курс неорганической химии / Г. Реми // перев. с нем. XI изд. А. И. Григорьева, А. Г. Рыкова, Н. С. Смирновой, Н. Я. Туровой / М.: Изд-во Мир, 1966, т. 2 – 580 - 591 с.
• Тупицын И. Ф. Тяжелые изотопы водорода, дейтерий и тритий - М., 1961