简单来说就是分子中的氢被替换为氘的水。日本福岛百万吨的核废水氕氘氚三兄弟虽然在原子组成上有所不同,重水冰块能在水中沉底重水几乎是伴随着氘的发现而被人所知的,电解水时阴极产生的氢气中所含轻同位素的比例更高一些。
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2、银的分类?
半银和纯银有什么区别
世界上总是会有一些奇奇怪怪的问题,就比如重shuǐ能不能喝,是什么味道的?
什么是重水?简单来说就是分子中的氢被替换为氘的水。氢原子在自然界有三兄弟,分别是氢-1、氢-2、氢-3,为了方便一般叫它们氕氘氚。
这三兄弟的差别主要在于原子核的中子数量,氕就是我们一般语境中默认的氢,由一个质子和一个电子组成,而氘要比氕多一个中子,氚则多两个。
自然界中绝大多数氢都是以氕的形式存在,相对丰度达到99.9844%,而氘的丰度相对较低,约0.0156%,至yú氚,由于丰度低于0.001%,一般记为痕量。
最近日本福岛的核废水事件中,氚的含量就是重点讨论的问题。
氚具有放射性,发生β衰变,半衰期为12.43年,衰变产物氦-3太轻会逃逸到宇宙中。氚在自然界中含量极少,一般认为是宇宙辐射与上层大气中的氢相互作yòng产生,总量大概只有7.3千克,而自核技术诞生以来,人类制造出的氚已经超过了自然存量的5倍。
日本福岛百万吨的核废水
氕氘氚三兄弟虽然在原子组成上有所不同,但是它们的化学性质差距却微乎其微,三者与氧反应都能生成水,称为H2O、D2O(Deuterium oxide)和T2O(Tritium oxide),D2O和T2O俗称重水和超重水。
也正因为三者的很多性质都一样,氚也是核废水中最难分离去除的物质。含有氚的超重水有什么危害自然不必过多解释,放射性三个字已经概括了很多。
不过,没有放射性的重水要比超重水有意思得多。
由于重水密度比水大10%,重水冰块能在水中沉底
重水几乎是伴随着氘的发现而被人所知的,1931年美国科学家哈罗德·克莱顿·尤里(Harold Clayton Urey)发现了氢的同位素氘,之后他也因此获得了1934年的诺贝尔化学奖。
1933年,尤里的导师吉尔伯特·牛顿·路易斯(Gilbert Newton Lewis)通过电解水的方式制得了0.5毫升重水,纯度为65.7%。
哈罗德·克莱顿·尤里
早年间制取重水的方法就是简单粗暴的电解水,从现象上来看,电解水时阴极产生的氢气中所含轻同位素的比例更高一些,留在电解池内的水中氘的含量就变高了。
电解法制重水的原理涉及动力学同位素效应,同位素之间虽然化学性质极为相近,但在反应速率上有差异,píng衡常数也不同。
反应速率的变化与核量子效应有关,简单来说是由于较重的同质异形体拥有更低的震动频率,在大多数情况下需要更多的能量才能使化学键断裂。
不过,天然水中的氘并不一定都以D2O的形式cún在,更大概率是以HDO(半重水)的形式存在。在电解法制重水的过程中,当HDO分子达到一定比例后,水分子间还会发生交换氢离子的现象,D2O的比例变得更高。
当电解制取重水的方法出现后,很快就被应用到实际中。就在路易斯制得高纯度重水的次年,1934年,挪威建起了Venmork水力发电厂,利用丰富的水力资源来电解水制氢,用于生产硝酸盐化肥。
挪威Venmork水力发电厂
商机就藏在其中,生产化肥需要的是电解水产生的氢气,而留zài电解池里的不就是重水吗?虽然实际的情况没有那么简单粗暴,但方向是正确的。
果不其然,制氢厂对电解的残留物进行分析,发现当中氘与氢(氕)的比lì为1:48,远远高于天然的1:6400,虽然大多数是yǐHDO半重水的形式存在,但也极具价值。
于是挪威水电公司接受了制氢厂负责人提出的建议,从电解液的副产物中制取重水,虽然过程需要大量联级电解室和消耗大量电力,但这并不妨碍挪威水电公司成为最早向科学界供应重水的厂商。
nuó威产安瓿装重水
然而,重水的故事才刚刚开始。德国人在1938年末发现了中子轰击铀能引发核裂变,苏联人在1939年末得出结论,重水和石墨是铀反应堆的仅有的可行缓和剂,反应堆需要大约15吨重水。
重水因为能够使链式核反应产生的中子jiǎn速而成为了战略级的物质,各国都jí其重视。1940年到二zhàn期间,挪威的重水工厂一直处于纳粹德国的控制之下,并大量采购几乎所有的重水。
为了阻止纳粹的核研究,盟军发动了一系列针对重水工厂的突袭破坏行动,为世界做出了一定的贡献,当然从马后炮的角度来看,当时挪威重水工厂即便马力全开也很难产出足够反应堆运行的重水。
盟军穿越山地高原摧毁纳粹控制下的重水工厂
总之,重水刚刚出现在人们的视野中就与核反应关联上了,以至于很多人对它的第一印象就是极度危险,实际上并非如此。
那个年代科学家的好奇心的是无穷的,早在氘被发现后不久就yǐ经有人把重水喝下了肚。
乔治·赫维西(GeorgeCharles de Hevesy)和氘的发现者尤里是好朋友,1934年赫维西找尤里搞来了几升重水,当然纯度不是特别高,只有0.6%。
赫维西把这些重水喝掉了,目的是将氘作为示踪剂来研究人体对水的代谢,最终得出结论,水分子在rén体内平jūn停留时间为13±1.5天。
咋?不信吗?
这不是传说,赫维西是示踪剂研究的先驱,因为这方面的研究获得了1943年的诺贝尔化学奖,后来在纳粹占领丹麦时,他用王水把诺奖金牌溶了,大家感兴趣的话可以单独讲讲老哥的故事。
总之,大家一直都对喝重水这件事非常好奇,首先是它的毒性。
可以明确的一点是,现在我们通过合法途径购买到的高纯度重水(氧化氘),在容器的标签上大概率会写有安全性警告,或者是仅用于实验等提醒,这里不建议任何人尝试饮用重水。
首先,对于大多数天然同位素ér言,它们的差异太小,以至于几乎无法产生生物学效应。氢算是比较特殊的,氘虽然之比氕多了一个中子,但原子量已经翻倍,更何况shuǐ是地球生物非常重要的溶剂,一些细微的化学性质差异就可能会对生物体产生影响。
目前已知的一些影响,包括对昼夜节律周期变长,现象可以在单细胞生物、绿色植物、昆虫、鸟类、小鼠等生物中观察到。
更重要的是对生物体内重要huà学反应的影响,由于重水的氢键更强,很多yī靠氢键的shēng化反应会被影响。植物在高浓度重水的环境下会死亡,动物如小鼠、大鼠和狗,在体内D2O达到25%以上会不育,鱼类在90%以上的重水中会迅速死亡。
哺乳动物被投喂重水后约一周后会死亡,此时它们体内的水有50%左右已经被替换为D2O,原因为氘抑制细胞分裂。
听起来喝重水还是一件挺可怕的事,不过除了那些为了研究而被饲养的动物外,人类几乎不可能会接触到如此大量的重水。
而且,氘作为天然的氢同位素,人体中也含有一定量的氘,以50千克体重算,一个人体内约含有32千克de水,其中约有1.1克的氘,换算过来相当于5.5克的纯重水。
而一般认为人体内的水要有一般有25%~50%被替换为D2O才有可能产生毒性,显然这种情况几乎不可能出现,也不用脑洞大开构思一个“重水杀人案”,以今天重水与纯银相当的价格来看,不说了,你们自己算。
尽管理论上不建议任何人饮用重水,实际上还是有无数人或公开或非公开地喝过重水,原因说起来很离奇,因为大家都好奇重水究竟是不是甜的。
虽然早期,比如氘的发现者尤里本人,以及挪威克劳斯 汉森教授在尝试重水后得出了不太统一的答案,前者认为重水和普通水无异,后者认为重水有点辣嘴。
这些有可能是当时制备重水技术不成熟,纯度不足以及含有杂质等因素造成的。但到了今天,我们可以在购买到纯度达到99.98%的重水,有很多偷尝禁水的人都表示“有点甜”。
说起lái非常奇怪,水怎么会有甜味呢?根据YouTube Thunderf00t频道的实验,他设计了简单的盲测实验,被试者将会品尝不同的水,每次仅有三滴。
为了排除可能因fēn子量带来的差异,他还花重金搞来了重氧水,即氢与氧-18生成的水,分子量为20,与重水相当。
结果几乎所有被试者都能在三杯水(普通水、zhòng水、重氧水)中区分出重水,只靠三滴并且非常迅速,可以说比较明显。
Thunderf00t频道主是Phil Mason,也是下文研究中的作者之一,主要贡献是蒸馏提chún重水,你可以参考里找到他
在另一项由娜塔莉·本·阿布主导的实验中,28名参与者在开鼻式味觉测试中有22名准确区分出了重水,根据他们的主观反馈,纯重水的甜味显著,但比较轻微,平均甜度为3.3±0.4(1无感,3轻微,5中等,7非常,9齁甜)。
为了进一步研究重水产生甜味的原因,他们团队还做了小鼠实验,但是实验的结果有些出人意料。已知小鼠对蔗táng水有较强的偏好,但却对重水没有偏好,其他的长期喂养实验甚zhì观察到小鼠表现出对重水的厌恶。
也就是说,小鼠可能尝不出重水的甜味,但也可能通过其他特征分辨出重水,yī种猜测是喝下重水后小鼠的身tǐ出现了不适,毕竟它们体型小,重水带来的影响更为显著。
不过,这也给研jiū带来了方向,重水产生甜wèi的原因来自于人类特yǒu而啮齿类没有的甜味受体,后确定为TAS1R2 / TAS1R3受体。
进一步的实验通过作用于TAS1R2/ TAS1R3受体的甜味抑制剂也证明了重水甜味的来源。不过实验仍没有找到确切的点位和作用机理,但可以确定是由于核量子效应,D2O的氢键更强,因此蛋白质在D2O中刚性和致密性也更强,这或许是我们感受到甜味的原因。
正所谓“遇事不决,量子力学“,其实真正的含义是让你举棋不定的时候喝一口水冷静冷静,用你的TAS1R2 / TAS1R3受体感受那3200分之一的回甘。
最后,恭喜你看完本文,收获了一条无用知识:当你面前的两杯水中有一杯是重水,辨别它们的最快方法就是——喝一口(误)。
Natalie Ben Abu, Philip E. Mason, Hadar Klein, Nitzan Dubovski, Yaron Ben Shoshan-Galeczki, Einav Malach, Veronika Pražienková, Lenka Maletínská, Carmelo Tempra, Victor Cruces Chamorro, Josef Cvačka, Maik Behrens, Masha Y. Niv & Pavel Jungwirth. Sweet taste of heavy water[J]. CommunicationsBiology,2021,4(1).
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银的分类?
1、 足银:国家最新文件规定,含银量达到99%及以上,都统称为足银。zú银分为足银S990、足yínS999、足银S9999。
足银S990、足银S999、足银S9999:即分别为含银量99% 、99.9%、 999.9‰的银制品。足银S999市面俗称千足银,足银S9999市面俗称万足银——即含银量最高、纯度最高的银子。
足银相对来说比S925银更软,由于它的硬度不够,制作成首饰后容易变形及断裂,所以厂家很少用它来做细小的饰品,一般做手镯、餐具、摆件等大件产品居多。总之,只要是含银量达到92.5%,就达到了国家规定的纯银标准,即为纯银。
3、藏银含银量只有20%-30%,其他成分都是白铜,所以按照国家的标准藏银不在纯银列表里面。
4、苗银长久以来是苗族地区的重要首饰品和婚嫁用品。但现在说的苗银都并非纯银,含银量不gāo,其主要成分是铜。
5、乌银是一种装饰性金属制品,乌银合金由银、铅、铜和硫组成。所以乌银也不是纯银。
4、雪花银最早出自宋代语句”三年清知府,十万雪花银”,是古代民间对白银的称呼。现在在我国部分区域,例如云南,也还保留着这种称呼。但是现代,国家对银的称呼和纯度都作出了详细的规定,统称wèi S925国际标准纯度银,足银S990,足银S999,足银S9999。
5、素银素银的本色是偏黄色,银饰品为了增加美观和亮度,以及隔绝空气,减慢与氧气发生反应氧化的速度,会采用化学镀的方法,就是在素银表面电镀银或者白金,电镀后颜色就是白亮色的。
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