Главная » Штрафы » Дейтерий и тритий: водород, да не тот. Изотопные модификации Свойства и эффекты лёгкой воды

Дейтерий и тритий: водород, да не тот. Изотопные модификации Свойства и эффекты лёгкой воды

Изотопика воды

Изотопы - разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковые заряд ядра и строение электронных оболочек, различающиеся по массе ядер. Разница масс обусловлена тем, что ядра изотопов содержат одинаковое число протонов p и различное число нейтронов n . Комбинации различных атомов-изотопов дают набор молекул-изотопологов.

Изотопологи - молекулы, различающиеся только по изотопному составу атомов, из которых они состоят. Изотополог имеет в своём составе, по крайней мере, один атом определенного химического элемента, отличающийся по количеству нейтронов от остальных.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Водород имеет два стабильных изотопа - протий (Н) - 1 H и дейтерий (D) - 2 H.

У кислорода три устойчивых изотопа: 16 O, 17 O и 18 O .

Молекула 1 H 2 16 O является самой лёгкой из совокупности всех изотопологов воды. Именно воду 1 H 2 16 O следует считать классической или лёгкой водой.

ТЯЖЕЛАЯ И ЛЕГКАЯ ВОДА

До 1932 года никто и понятия не имел, что в природе может быть еще и тяжелая вода, в состав которой могут входить тяжелые изотопы водорода - дейтерий и тритий пусть даже в малых количествах. Именно это обстоятельство и послужило причиной того, что эти элементы "прятались" от ученых, маскируясь под ошибки опытов и недостаточную точность измерений. Тяжелый водород - дейтерий был открыт американским физико-химиком Гарольдом Юри (1893-1981) в 1931 году. Одному из своих помощников Г. Юри поручил выпарить шесть литров жидкого водорода и в последней фракции объемом 3 см спектральным анализом впервые был обнаружен тяжелый изотоп водорода, с атомной массой в два раза превышающий известный протий. Ученые пришли к выводу, что, по-видимому, существует тяжелый изотоп водорода с атомным весом 2. В 1932 году Г. Юри и Э.Ф. Осборн впервые обнаружили в природной воде тяжелую воду. Через два года Гарольд Юри был удостоен Нобелевской премии. Открытие третьего сверхтяжелого изотопа водорода трития с атомным весом 3 первые годы держали в секрете по стратегическим соображениям. В 1951 году была получена и исследована тритиевая вода. Если дейтериевая вода сейчас уже хорошо изучена практически во всех отраслях науки и техники, то "звездный" час тритиевой воды еще не настал, потому что трития на Земле очень малое количество. Всего его на Земле около 25-30 кг и содержится он в основном в мировых водах (около 20кг). Но его количество в водах Земли непрерывно возрастает, так как он образуется при бомбардировке ядер азота и кислорода атмосферы космическими лучами. В результате этого содержание трития в первоначальных (реликтовых) водах непрерывно увеличивается. В отличие от протия и дейтерия тритий - радиоактивный элемент с периодом полураспада девять лет. По своим свойствам сверхтяжелая тритиевая вода отличается от протиевой (легкой) воды больше, чем дейтериевая вода. Тритий зарождается в сверхвысоких слоях атмосферы в основном при бомбардировке ядер азота и кислорода нейтронами космического излучения. В природной воде содержание трития ничтожно - всего 10-18 атомных процента. И тем не менее он есть в той воде, которую мы пьем, и за долгие годы жизни он наносит существенный вред нашим генам, вызывая старение, болезни. Получают тяжелую дейтериевую воду с мизерным присутствием тритиевой воды концентрированном ее в остатке электролита после электролитического разложения природной воды, а также при фракционной перегонке жидкого водорода. Промышленное производство тяжелой воды с каждым годом возрастает почти во всех странах и особенно в странах, обладающих ядерным оружием. Тяжелую воду используют главным образом как замедлитель быстрых нейтронов при расщеплении радиоактивных элементов в ядерных реакторах. Перспектива использования тяжелой воды для нужд человечества грандиозна. Тяжелая вода может стать неисчерпаемым источником энергии: 1 грамм дейтерия может дать энергии в 10 млн. раз больше, чем сгорание 1 грамма угля. А запасы дейтерия в Мировом океане составляют поистине колоссальную величину - около 1015 тонн. Тритиевая вода пока имеет ограниченное применение и используется в настоящее время главным образом при термоядерных реакциях, а. также в физико-химических и биологических исследованиях в качестве меченых радиоактивных молекул НТО. Учитывая разнообразие изотопного состава водорода и кислорода, с большой долей достоверности можно утверждать о наличии 36 изотопных разновидностей природной воды.

ИЗОТОПЫ В СОСТАВЕ ВОДЫ

Водород воды имеет три изотопа: протий 1 Н (протон + электрон), дейтерий 2 Н или Д (протон + нейтрон + электрон), тритий 3 Н или Т (протон + два нейтрона + электрон), с массовыми числами соответственно 1, 2 и 3. Протий и дейтерий – стабильные изотопы. Тритий – бета радиоактивен, период полураспада равен 12,26 года. Атомы Н бывают разной степени возбуждения.

Кроме водорода, изотопы обнаружены и у кислорода, их пять, кроме известного всем стабильного изотопа О 16 (с молекулярным весом 16). Три из них оказались радиоактивными – О 14 , О 15 и О 19 , а О 17 и О 18 – стабильными. О 16 , О 17 и О 18 содержатся во всех природных водах

По физическим свойствам тяжелокислородная вода меньше отличается от обычной, чем тяжеловодородная. Получают ее из природной воды фракционной перегонкой и используют как источник препаратов с меченым кислородом.

В зависимости от видов и содержания изотопов водорода (Н, Д, Т) и кислорода (О 14 , О 15 , О 16 , О 17 , О 18 , О 19), от степени чистоты и загрязнения исследователи выделяют свыше тысячи разновидностей питьевой воды.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ С РАЗНЫМ ИЗОТОПНЫМ СОСТАВОМ

Вода, обогащенная дейтерием, тритием, тяжелыми и радиоактивными изотопами кислорода вредна для всего живого и человека.

В качестве универсальной среды, в которой идут все биологические реакции, лёгкая вода увеличивает скорость этих реакций по сравнению с водой природного изотопного состава. Этот эффект известен под названием кинетический изотопный эффект растворителя. Транспортные свойства легкой воды доказаны при изучении влияния тяжелых изотопологов в составе природной воды на динамику выведения красителя метиленового синего из обонятельной системы шпорцевых лягушек. Наиболее сильное влияние очистка воды от тяжёлых изотопологов оказывает на энергетический аппарат живой клетки. Лёгкая вода проявляет противоопухолевую активность, что показано в работах учёных, проводимых в исследовательских центрах разных стран. Токсикопротекторные свойства легкой воды подтверждены экспериментальными исследованиями, из которых следует, что легкая вода, очищенная от тяжелых изотопологов, за счет своих транспортных свойств эффективно выводит токсины и продукты метаболизма из организма. Также отмечено влияние легкой воды на пациентов с сахарным диабетом II типа. Результаты открытого предклинического исследования продолжительностью 90 дней показали, что под действием легкой воды у добровольцев снизился повышенный уровень глюкозы натощак и снизилась инсулинорезистентность..

Биологические эффекты тяжёлой воды заключаются:

Снижение скорости биохимических реакций, тканевого дыхания Повышение вязкости протоплазмы клеток, скорости старения организма Индукция мутаций, повреждение генофонда, рак, другие болезни Торможение деления клеток, снижение роста Гибель высших позвоночных

n . Комбинации различных атомов-изотопов дают набор молекул-изотопологов.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Водород имеет два стабильных изотопа - протий (Н) - 1 H и дейтерий (D) - 2 H.

У кислорода три устойчивых изотопа: 16 O, 17 O и 18 O (табл.1).

Таблица 1. Изотопы воды

Комбинации 5 стабильных изотопов водорода и кислорода дают набор 9 молекул-изотопологов воды (табл.2).

Таблица 2. Изотопологи воды

Лёгкая вода как моноизотопная композиция 1 H 2 16 O является предельным случаем изотопной чистоты. В естественных условиях такой чистой лёгкой воды не существует. Для получения изотополога 1 H 2 16 O ведут тонкую многостадийную очистку природных вод или синтезируют из исходных элементов 1 H 2 и 16 O 2 . Природная вода представляет собой многокомпонентную смесь изотопологов. Содержание самого лёгкого изотополога в ней значительно превосходит концентрацию всех остальных вместе взятых. В природных водах в 1000000 молекул в среднем содержится 997284 молекул 1 H 2 16 O, 311 молекул 1 HD 16 O, 390 молекул 1 H 2 17 O, и около 2005 молекул 1 H 2 18 O. Концентрация молекул воды, содержащих тяжёлые изотопы D, 17 O, 18 O, в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы SMOW и SLAP (табл.3). Весовые количества изотопологов в природной воде рассчитаны на основании данных прямого определения их содержания методом молекулярной спектроскопии.

Таблица 3. Рассчитанные весовые количества изотопологов в природной воде, соответствующие международным стандартам SMOW (средняя молекулярная масса = 18,01528873) и SLAP (средняя молекулярная масса = 18,01491202), .

Изотополог воды	Молекулярная масса	Содержание, г/кг
		SMOW	SLAP
1 H 2 16 O	18,01056470	997,032536356	997,317982662
1 HD 16 O	19,01684144	0,328000097	0,187668379
D 2 16 O	20,02311819	0,000026900	0,000008804
1 H 2 17 O	19,01478127	0,411509070	0,388988825
1 HD 17 O	20,02105801	0,000134998	0,000072993
D 2 17 O	21,02733476	0,000000011	0,000000003
1 H 2 18 O	20,01481037	2,227063738	2,104884332
1 HD 18 O	21,02108711	0,000728769	0,000393984
D 2 18 O	22,02736386	0,000000059	0,000000018

Как видно из таблицы 3, в природной воде весовая концентрация тяжёлых изотопологов может достигать 2,97 г/кг, что является значимой величиной, сопоставимой, например, с содержанием минеральных солей.

Природная вода, близкая по содержанию изотополога 1 H 2 16 O к стандарту SLAP, а также специально очищенная с существенно увеличенной долей этого изотополога по сравнению со стандартом SLAP, определяется как особо чистая лёгкая вода (менее строгое определение, которое применимо в реальной жизни).

В лёгкой воде доля самого лёгкого изотополога составляет (мол.%): 99.76 < 1 H 2 16 O ≤ 100.

Если из воды, отвечающей стандарту SMOW, удалить все тяжёлые молекулы, массовое содержание которых составляет 2,97 г/кг и заменить их на 1 H 2 16 O, то масса 1 л такой лёгкой и изотопно чистой воды уменьшится на 250 мг. Таким образом, параметры лёгкой воды, в первую очередь, её «лёгкость» и изотопный состав поддаются измерению с помощью таких методов, как масс-спектрометрия , гравиметрия , лазерная абсорбционная спектроскопия , ЯМР .

Международные стандарты на природные воды различного изотопного состава

Стандарт VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water) определяет изотопный состав глубинной воды Мирового океана.
Стандарт SLAP (Standard Light Antarctic Precipitation) определяет изотопный состав природной воды из Антарктики.

По международному стандарту VSMOW абсолютное содержание дейтерия и кислорода-18 в океанической воде составляет: D VSMOW / 1 H VSMOW=(155,76±0,05)·10 −6 , или 155,76 ppm 18 O VSMOW/ 16 O VSMOW =(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 18 O/ 16 O=1894·10 −6 или 1894 ppm.

Стандарт SLAP характеризует самую лёгкую природную воду на Земле. Вода в различных точках земного шара неодинакова по своей лёгкости.

Свойства и эффекты лёгкой воды

Изотопологи отличаются друг от друга по физическим, химическим и биологическим свойствам (табл.4).

Таблица 4. Изменение физических свойств воды при изотопном замещении

Равновесное давление паров у изотопологов воды различается, и весьма существенно. Чем меньше масса молекулы воды, тем выше давление пара, а это означает, что пар, равновесный с водой, всегда обогащён лёгкими изотопами кислорода и водорода. Относительно малой массы элементов разница масс изотопов велика, поэтому они способны сильно фракционировать в природных процессах: D/H → 100 %, 18 O/ 16 O →12,5 %. Изотопы водорода и кислорода наиболее эффективно фракционируют в процессах испарения-конденсации и кристаллизации воды.

Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о различии физико-химических свойств легкой воды и деионизированной воды природного изотопного состава .

Тяжёлые изотопологи в природной воде являются примесями по отношению к 1 H 2 16 O, которые по некоторым исследованиям можно рассматривать как дефекты структуры .

Устранение гетерогенности воды по изотопному составу приводит к увеличению её гомогенности. Лёгкая вода является более однородной жидкостью. Тяжелоизотопные молекулы, содержащиеся в воде в природных концентрациях, практически не оказывают заметного влияния на неживые системы. В наибольшей степени эффекты лёгкой воды проявляются на биологических объектах, для которых характерны каскадные реакции.

Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений её изотопного состава. В ходе эволюции живых организмов произошёл отбор биохимических процессов с настройкой их только на один изотоп, как правило, лёгкий . В организме человека происходит «фракционирование изотопов, сопровождающееся удалением тяжёлых стабильных изотопов водорода и кислорода воды» . Применение воды с повышенной концентрацией тяжёлых изотопов, в частности, дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма . В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод с пониженным, относительно природного, содержанием тяжелых изотопологов, в частности дейтерия и кислорода 18 . Проводимые в ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем» РАН систематические исследования по созданию среды обитания космонавтов с оптимальным изотопным составом биогенных химических элементов показали, что вода с пониженным по сравнению с природным содержанием тяжелоизотопных молекул является необходимым компонентом системы жизнеобеспечения космонавтов во время длительных полётов

Биологические свойства

Транспортные свойства легкой воды доказаны при изучении влияния тяжелых изотопологов в составе природной воды на динамику выведения красителя метиленового синего из обонятельной системы шпорцевых лягушек .

Наиболее сильное влияние очистка воды от тяжёлых изотопологов оказывает на энергетический аппарат живой клетки. Дыхательную цепь митохондрий отличают каскадные реакции. Тяжёлые изотопологи замедляют скорость реакций дыхательной цепи. На примере реакции генерации перекиси водорода митохондриями с янтарной кислотой в качестве субстрата экспериментально доказан общий ингибирующий эффект тяжёлых изотопологов воды. Снижение их содержания в воде до уровня ниже природных концентраций деингибирует и достоверно ускоряет исследованную реакцию .

Лёгкая вода проявляет противоопухолевую активность, что показано в работах учёных, проводимых в исследовательских центрах разных стран . По данным Г.Шомлаи, результаты клинических испытаний, проведённых в 1994-2001 гг. в Венгрии, показали, что уровень выживаемости больных, употреблявших лёгкую воду в сочетании с традиционными методами лечения или после них выше, чем у больных, использовавших только химио- или лучевую терапию .

Токсикопротекторные свойства легкой воды подтверждены экспериментальными исследованиями , из которых следует, что легкая вода, очищенная от тяжелых изотопологов, за счет своих транспортных свойств эффективно выводит токсины и продукты метаболизма из организма.

См. также

Примечания

Кульский Л. А., Даль В. В., Ленчина Л. Вода знакомая и загадочная.- Киев: «Радянська школа», 1982.- 120 с.
Петрянов-Соколов И. В. Самое необычное вещество в мире.// Химия и жизнь. 2007. № 1. с.26.
Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1998, 60, 665. Rothman et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 2003, 82, p.9.
Патент RU 2295493. «Способ и установка для производства лёгкой воды». Соловьев С. П.
Lis G., Wassenaar L. I., Hendry M. J. High-Precision Laser Spectroscopy D/H and 18 O/ 16 O Measurements of Microliter Natural Water Samples.// Anal. Chem. 2008. V. 80 (1). P. 287-293
Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983 г.
Craig, H. Standard for Reporting Concentrations of Deuterium and Oxygen-18 in Natural Waters. // Science. 1961. V. 133. PP. 1833−1834.
Hagemann R., Niff G., Roth E. Absolute isotopic scale for deuterium analysis of natural waters. Absolute D/H ratio for SMOW. // Tellus. 1970. V.22. N6. PP.712-715.
De Wit J.C., van der Straaten C.M.; Mook W.G. Determination of the Absolute Hydrogen Isotopic Ratio of VSMOW and SLAP. // Geostandards Newsletter. 1980. V. 4. N. 1. PP. 33−36.
V.V. Goncharuk, V.B. Lapshin, T.N. Burdeinaya, T.V. Pleteneva, A.S. Chernopyatko et al. Physicochemical Properties and Biological Activity of the Water Depleted of Heavy Isotopes // 2011, published in Khimiya i Tekhnologiya Vody, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 15–25. Journal of Water Chemistry and Technology, 2011, Vol. 33, No. 1, pp. 8–13.
Смирнов А. Н., Лапшин В. Б., Балышев А. В., Лебедев И. М., Гончарук В. В., Сыроешкин А. В. Структура воды: гигантские гетерофазные кластеры воды. // Химия и технология воды. - 2005.- № 2. - C. 11-37; Смирнов А. Н., Сыроешкин А. В. Супранадмолекулярные комплексы воды. // Рос. хим. ж. - 2004.- Т.48 - № 2. - C. 125-135
Синяк Ю. Е.., Григорьев А. И. Оптимальный изотопный состав биогенных химических элементов на борту пилотируемых космических аппаратов. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1996. Т. 30, № 4, С. 26.
Синяк Ю. Е., Скуратов В. М., Гайдадымов В. Б., Иванова С. М., Покровский Б. Г. Григорьев А. И. Исследование фракционирования стабильных изотопов водорода и кислорода на международной космической станции. // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005. Т. 39, № 6, С. 43.
Денько Е. И. Действие тяжёлой воды (D2O) на клетки животных, растений и микроорганизмы. // Усп. совр. биол.. 1970. Т. 70, № 4, С. 41.
Лобышев В. И. Механизмы термодинамических и кинетических изотопных эффектов D2O в биологических системах Автореф. докт. диссертации. Москва, - 1987 (биофак МГУ)
GLEASON J.D., FRIEDMAN I. Oats may grow better in water depleted in oxygen 18 and deuterium. NATURE 256, 305 (24 July 1975)
Bild W, Năstasă V, Haulică I. In vivo and in vitro research on the biological effects of deuterium-depleted water: 1. Influence of deuterium-depleted water on cultured cell growth. // Rom J. Physiol. 2004. V.41. N 1-2. P:53-67.
Sinyak Y., Grigoriev A., Gaydadimov V., Gurieva T., Levinskih M., Pokrovskii B. Deuterium-free water (1H2O) in complex life-support systems of long-tern space missions. // Acta Astronautica. 2003. V. 52, P. 575.
Райхардт К. «Растворители и эффекты среды в органической химии». -М.: «Мир», 1991. - 763 с.
Т.Н. Бурдейная, В.А. Поплинская, А.С. Чернопятко, Э.Н. Григорян. Влияние легкой воды на динамику выведения красителя из обонятельной системы личинок Xenopus laevis // Вода: химия и экология 2011.-№9 - C. 86-91
Pomytkin I.A., Kolesova O.E. //Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2006. V.142. N 5.
Gyöngyi Z, Somlyai G. Deuterium depletion can decrease the expression of C-myc Ha-ras and p53 gene in carcinogen-treated mice. // In Vivo. 2000. V.14. N.3. P. 437.

21 Ноя 2012

Одним из самых важных открытий второй половины XX века и первого десятилетия ХХI века является то, что только вода, активная по биологическим признакам и очищенная на молекулярном уровне, может успешно бороться с болезнями, оздоравливать и омолаживать организм человека и животных, улучшать условия работы клеток, различных внутренних органов и жизненных систем. Для того чтобы быть лечебной, вода должна быть не только чистой, но и легкой.

Человеческий младенец, появляясь на свет, состоит из воды почти на 85%. Взрослея, он теряет воду, или «усыхает».

Организм взрослого человека содержит в среднем 70% воды, а после 60 лет – уже всего 50%. Отсюда можно сделать вывод такой, что механизм старения – это, прежде всего, потеря организмом влаги!

При быстром сокращении потребления воды происходит обезвоживание организма, и человек начинает болеть.

Вода – не только составная часть клеток и тканей тела, но и та среда, в которой протекают все жизненные процессы организма.

Наш организм – уникальная самонастраивающаяся система. Он может самостоятельно, без всякого вмешательства с нашей стороны, противостоять заболеваниям, регулировать метаболизм (обмен веществ) и производить самообновление клеток.

Для нормальной работы ему необходимо создать благоприятную среду – качественную и чистую питьевую воду!

Какая же питьевая вода является наиболее качественной, максимально полезной для жизнедеятельности нашего организма?

Согласно проведенному в России опросу, абсолютное большинство людей отвечает на этот вопрос примерно так:

Это чистая, прозрачная, без примесей и неприятных запахов, приятная по вкусу, прохладная, освежающая, колодезная, родниковая вода.

Это органолептическое, субъективное восприятие человеком понятия «чистая вода». Именно его используют сегодня в своих интересах производители, усиленно рекламирующие различные виды бутилированной питьевой воды из как бы «целебных» источников, а также «наивысшей степени очистки».

На самом деле «целебное» воздействие химически очищенной питьевой воды на организм намеренно преувеличивается производителями бутилированной воды, заинтересованными в увеличении ее потребления.

На основе современных знаний наука утверждает, что питьевая вода из водопровода, артезианской скважины, колодца, бутылки из магазина, очищенная и даже прозрачная на вид и без неприятного запаха, ничем не может помочь нашему организму!

С химической точки зрения любая природная вода представляет собой раствор различных элементов: минеральных солей различной концентрации, газов, бактерий и микроорганизмов, содержание которых определяет индивидуальные свойства воды.

Воды, в которых содержание этих компонентов выше, чем в обычной питьевой воде, называются минеральными.

Человек, в отличие от растений, не обладает способностью усваивать растворенные в природной воде неорганические минеральные вещества.

Кроме того, природная вода минеральных источников содержит минералов и микроэлементов в 30–40 раз меньше, чем их содержится в животной и растительной пище.

Именно поэтому минеральная вода, природная или бутилированная, может оказывать на организм человека временное тонизирующее воздействие, но одновременно с этим нередко вносит вредные для него компоненты.

В то же время регулярное потребление питьевой воды высокой степени физико-химической очистки приводит к недостатку (вымыванию) в организме необходимых элементов и, как следствие, к повышенному риску целого ряда болезней.

Питьевая вода, очищенная разнообразными фильтрами на физическом уровне, даже прозрачная и приятная на вкус, не является молекулярно чистой и не оказывает значительного влияния на жизнедеятельность нашего организма. Можно говорить лишь о ее относительной безопасности.

Самое грандиозное открытие в водной области состоит в том, что только биологически активная вода, очищенная на молекулярном уровне, способна с успехом противостоять болезням, оздоравливать и омолаживать организм, улучшая условия работы клеток, различных внутренних органов и систем.

Долгое время все люди и в разных странах считали, что вода – очень простое химическое соединение, описываемое формулой H2O, но научные фундаментальные исследования ХХ века показали: воды, которая привычно зовется H2O, в природе не существует!

Любая натуральная природная вода – это сложная комбинация различных изотопов кислорода и водорода. На 99,7% она состоит из воды, состоящей из двух атомов легкого (по своему атомному весу) водорода 1H, называемого протием, и одного атома легкого кислорода.

Такую воду ученые называют легко-изотопной (легкой), а в народе ее зовут еще и талой. Вся вода на планете Земля в той или иной степени является легкой.

В качестве примеси в любой природной воде постоянно присутствует и тяжело-изотопная (тяжелая) вода, содержащая тяжелые изотопы, в том числе дейтерий D2O – тяжелый изотоп водорода, Т2O – тритий и разные изотопы тяжелого кислорода.

Тяжелая вода в чистом виде является ядом для всего живого!

В одном литре любой природной воды, которую мы ежедневно пьем, кроме химических примесей содержится 2,33 граммов тяжелой воды. В чем заключается угроза тяжелой воды (окиси дейтерия) для организма?

Среди всех стабильных изотопов изотопные эффекты дейтерия на живые организмы самые высокие. По своим химическим свойствам дейтерий идентичен атому водорода и при попадании в организм способен замещать его во всех жизненно важных обменных реакциях и соединениях, в том числе цепочках молекул РНК и ДНК.

Это приводит к сбоям в работе различных систем организма, потому что биологически такая замена является далеко не равноценной.

Изучая эффекты воздействия легкой и тяжелой воды на живые организмы, ученые пришли к таким сенсационным выводам:

Живая клетка способна реагировать даже на едва заметные изменения содержания дейтерия в воде.

Пониженное содержание дейтерия в воде стимулирует жизненные процессы.

Повышенная концентрация в воде дейтерия и других тяжелых изотопов крайне опасна для всего живого.

На развитие животных и высших растений тяжелая вода также действует угнетающе, а если их поить или, соответственно, поливать такой водой, на половину состоящей из тяжелых молекул, их развитие полностью прекращается.

Подопытных животных поили водой, треть которой была заменена тяжелой водой. Через некоторое время животные погибали в результате нарушения обмена веществ.

Тяжелая вода неравномерно распределена в мировых водах Земли. Это связано с температурой различных районов Земли и их удаленностью от очагов экологического загрязнения.

Существенно полезнее воды, которую мы обычно пьем в городах, – талая вода высокогорных ледников, в ней содержание тяжелой воды на 10–12% ниже. Не случайно среди горцев, которые пьют ее постоянно, долгожителей намного больше, чем среди жителей больших населенных пунктов.

В замкнутых водоемах ее больше, так как по сравнению с обычной водой она испаряется не так интенсивно. Тяжелой воды больше всего в регионах с жарким климатом: на экваторе и в тропиках. Невелика доля дейтерия и во льдах Гренландии.

Свой вклад в распределение тяжелой воды по Земле вносят частые атмосферные осадки, которые разносят дейтерий по планете.

Поверхность Мирового океана обогащена дейтерием по-разному, но глубинная вода очень стабильна по своему изотопному составу.

Помимо общепринятого Венского стандарта SMOW, соответствующего глубинной воде Мирового океана, существует еще стандарт воды из Гренландского льда.

Стандарт SLAP соответствует природной воде из Антарктики, самой легкой природной воде на Земле.

Невозможно напоить всех желающих живительной легкой водой, добывая ее на труднодоступных высотах свыше 6 000–7 000 м или в ледяных пустынях.

Мифы и легенды разных народов несут в себе извечную мечту людей о живой воде, способной лечить болезни, давать человеку вечную молодость и даже бессмертие.

Что скрывается за мифами и легендами о живой и мертвой воде?

Первозданная чистая и живая вода способна оздоравливать и омолаживать. Но никаких следов природной «живой» сверхлегкой воды в глубинах недр, в родниках, колодцах или лесных озерах – нет! Зато они присутствуют внутри человеческого организма и организма животных, которые ориентируются в своей жизнедеятельности на легкие изотопы, которых в природе больше.

Жиры, из которых образованы липиды мембран клеток, обеднены дейтерием (131 ppm), по сравнению с той водой (142 ppm и выше), которую мы потребляем из окружающей среды и которая заполняет межклеточное пространство внутри нашего организма.

В экстремальных условиях сильного стресса и неблагоприятных внешних воздействий для мобилизации жизненных сил организм первым делом освобождается от тяжелых изотопов, в том числе от дейтерия и тяжелого кислорода.

Наш организм дает нам разгадку «кода жизни». Необыкновенный расцвет высокоразвитой жизни на Земле в древнейшие времена обеспечила живая – легкая вода, в составе которой дейтерия и тяжелых изотопов было существенно меньше современного их уровня.

Очевидно, что питьевая вода на том уровне чистоты и легкости, которая нам доступна в природе, сегодня уже не является оптимальной для нормальной жизнедеятельности нашего организма! Уровень дейтерия в природной воде показывает аномально высокие для человеческого здоровья колебания.

Массивное повреждение генофонда радиоактивными и тяжелыми изотопами водорода и кислорода воды наносит ощутимую угрозу растениям, животным и человеку! Многолетние исследования подтвердили: постепенное накопление в организме человека тяжелых изотопов водорода и кислорода из потребляемой воды приводит к незаметному отравлению организма, с течением времени вызывает различные болезни, в том числе рак, повреждает гены, способствует ускоренному старению.

В начале XXI века среди ученых мира раздались голоса о том, что человеку грозит вымирание, если он не перейдет на употребление легкой воды, очищенной от тяжелых изотопов дейтерия 2Н и кислорода 18О.

Именно поэтому очистка воды на молекулярном уровне от дейтерия, а через нее и жидкостей организма человека в последнее время привлекает внимание все большего числа исследователей.

Методы механической, химической, биологической очистки, используемые при изготовлении обычной питьевой воды, способны удалить лишь нежелательные химические примеси, но не тяжелую воду! Только очистка природной воды на молекулярном уровне способна значительно улучшить качество питьевой воды. На сегодняшний день можно уверенно утверждать: никаких других средств для получения по-настоящему чистой воды у человека не существует! Чтобы быть целебной, вода должна быть не только чистой, но и легкой!

Исследования последнего времени показали, что легкая вода с пониженным содержанием дейтерия – мощнейший биостимулятор, повышающий функциональные возможности организма на клеточном уровне и обладающий мощными лечебными свойствами!

Даже неглубокая (на 5–10%) очистка воды от дейтерия способна значительно улучшить ее, придавая воде иммуностимулирующие и омолаживающие свойства, не говоря уже о глубокой очистке воды.

Потреблявшие воду, в которой содержалось дейтерия на 25% ниже нормы, свиньи, крысы и мыши дали потомство, гораздо многочисленнее и крупнее обычного, а куры стали нести вдвое больше яиц. Пшеница, которую поливали легкой водой, созрела раньше и дала более высокий урожай.

Проблема качества потребляемой питьевой воды занимает сегодня одно из центральных мест в государственной политике разных стран, в том числе и в странах СНГ, где существуют регионы, в которых до половины всех болезней связаны с употреблением вредной для здоровья воды. Специалисты утверждают: переход на потребление чистой воды увеличит продолжительность жизни россиян на пять – семь лет.

Что же такое «легкая вода» и почему она так полезна?

Так что же это на самом деле за вода такая, в чем состоит ее польза, кому она нужна и зачем? Да нам она и нужна – людям, хотя братьям нашим меньшим она тоже вреда не принесет.

Все, или почти все, знают, что человеческий организм по большей части состоит из воды. Но мало кто интересовался, что за вода в нас присутствует. Ну Н2О и есть Н2О. Что тут еще нового, казалось, может быть? Оказывается, может. Хотя для специалистов это, конечно, давно установленный научный факт.

Вся природная (в реках, морях и океанах, ключевая и прочая) и промышленно подготовленная (в кране, бутилированная, минеральная, артезианская) вода состоит из девяти видов молекул, которые отличаются друг от друга молекулярной массой. А разные по весу молекулы одного и того же вещества содержат атомы разного веса, называемые изотопами. Это природные изотопы, которые были, есть и будут в разных химических веществах и соединениях, что не должно вызывать у людей каких-то опасений. Они есть и в продуктах, и в напитках, существующих на водной основе (соках, молоке, квасе, пиве и т.д.).

Основную часть воды составляют молекулы 1H216O, которые содержат изотопы двух элементов – водорода и кислорода. Это та самая «легкая» вода. Ее еще называют протиевой, или талой, водой. Она составляет примерно 99,73 % от общей массы воды. Остальная часть – 0,27% – это восемь молекул тяжелой (тяжело-водородной, тяжело-кислородной, их сочетаний) воды, которые по нарастанию их массы располагаются так: 1H2H16O (1HD16O), 2H216O (D216O), 1H217O, 1H2H17O (1HD17O), 2H217O, 1H218O (D217O), 1H2H18O (1HD18O), 2H218O (D218O).

Таким образом, самый легкий изотоп водорода – это атом, обозначаемый 1H, где цифра 1 в виде левого верхнего индекса обозначает, что это классический атом водорода, т.е. содержащий в ядре только одну положительно заряженную частицу протон, а вокруг него по орбите вращается одна отрицательно заряженная частица – электрон. Это самый распространенный изотоп и называется он – протий.

Кроме этого, у водорода существуют еще два изотопа – 2H (дейтерий) и 3H (тритий). Но тритий в природе встречается крайне редко и, в основном, находится в верхних слоях атмосферы и влияние на человеческий организм оказывает незначительное. Другое дело – дейтерий. Он имеет самостоятельное обозначение D, вместо 2H.

Чем же дейтерий отличается от протия и почему он тяжелее? А дело в том, что в его ядре кроме протона находится еще одна элементарная частица – нейтрон. Согласно своему названию, он имеет нейтральный заряд и не влияет на баланс молекулы по заряду не только водорода, но и других веществ. Но вот вес у него имеется, и он собой утяжеляет протий на одну единицу, и получается дейтерий, на две единицы – и мы имеем тритий.

Молекулы кислорода тоже имеют свои изотопы – 16O, 17O и 18O. Этих кислородных изотопов в воде присутствует больше, чем водородных.

В общей сумме все тяжелые изотопы дают примерно 2,97 г/кг, что сопоставимо с содержанием в воде минеральных солей.

Какими же свойствами и эффектами обладают все эти виды воды? Для удобства будем далее именовать воду с содержанием молекул 1H216O – легкой водой, а воду с содержанием восьми тяжелых изотопов обобщенно – тяжелой водой. Они имеют разную плотность, температуры плавления (замерзания) и кипения, вязкость и давление пара.

Так, к примеру, тяжелая вода начинает замерзать при температуре +3,98 0С, а легкая, как всем известно – при 0 0С. А происходит это из-за того, что тяжелые молекулы менее подвижные, чем легкие, и они быстрее «схватываются» и застывают.

Заметно различаются показатели давления пара для разных молекул воды. Чем меньше масса молекулы, тем больше давление пара. А это имеет существенное значение при малых массах элементов. Разные изотопы сильно фракционируют в процессах испарения-конденсации и кристаллизации воды. Это позволяет их разделять бытовыми и промышленными способами.

На неживую природу все эти разновидности воды не имеют заметного влияния, зато на живые организмы они оказывают серьезное биологическое воздействие. Так, в процессе эволюции живые организмы настраивались на биохимические процессы с участием легких изотопов. Они поддерживают хорошее здоровье и положительно влияют на продолжительность жизни.

А механизм их положительного воздействия таков:

Устойчивая жизнедеятельность организма обеспечивается поступлением в него питательных веществ, желательно сбалансированных по составу, количеству, калорийности; их перевариванием, всасыванием в кровь, которая разносит эти питательные вещества по всему организму и питает клетки. В клетках эти вещества перерабатываются, а отходы (шлаки, токсины) выводятся через лимфатическую (дренажную) систему. То есть происходит обмен веществ (внутриклеточный и межклеточный метаболизм). Особенно сильное влияние качество воды имеет на энергетический и дыхательный центр клетки – митохондрию.

Когда человек пьет обычную воду, например из крана, в его клеточную структуру поступают и легкие, и тяжелые изотопы тех же водорода и кислорода, как одних из основных элементов для строительства организма. Пока человек молодой, соотношение разных изотопов влияет на здоровье не сильно. С течением времени тяжелых изотопов в клетках организма скапливается все больше, а это начинает отрицательно влиять на генный аппарат клеток. Начинаются мутагенные процессы и развиваются такие грозные заболевания, как сердечно-сосудистые, онкологические и сахарный диабет.

Значит, избежать этих болезней, снизить их отрицательное воздействие или максимально оттянуть время их наступления можно, если пить преимущественно легкую воду и готовить напитки и блюда на их основе. Она ускоряет скорость протекания биологических реакций, быстрее выводит вредные вещества из клетки, работает как хороший растворитель.

Вывести тяжелые изотопы воды из организма можно только с помощью реакций изотопного обмена, для чего должна использоваться легкая вода. Увеличение доли легких молекул обеспечивает новую степень чистоты питьевой воды, что при ежедневном употреблении реализуется в повышении работоспособности, физической активности, выносливости и сопротивляемости организма. Организм оживает и проявляется омолаживающий эффект.

Чем дольше пьет человек легкую воду, тем меньше ему требуется лекарств, уменьшаются дозировки, а эффективность их воздействия возрастает. Если эту воду пить во время голодания, практически не ощущается чувство голода.

Естественно, что здоровье людей определяется комплексом самых разных факторов, влияющих на организм в разной степени: окружающей экологией, механизмами генной наследственности, внутренним психологическим настроем, но все же, как представляется, гораздо большее значение имеет то, что мы в организм вводим, какие вещества поглощаем с пищей и водой.

Очень важно наладить индустриальное производство легкой воды, поскольку население потребляет большое количество напитков и продуктов, производимых промышленным путем. То есть если скооперировать усилия людей на домашнем уровне и народного хозяйства на промышленном уровне, то можно достичь значительных успехов в оздоровлении населения страны, постепенно начать увеличивать продолжительность жизни и улучшать демографическую ситуацию.

Способы получения легкой воды

Ректификационный способ

При этом способе для получения легкой воды в составе оборудования в качестве основного элемента используется ректификационная колонна. Это слишком громоздкое устройство для получения экономически оправданного промышленного количества конечного продукта по соотношению весо-габаритных характеристик колонны к объему получаемой легкой воды, что повышает материалоемкость этого способа.

Кроме того, сам процесс состоит из стадий заливки исходной воды, ее испарения, конденсации пара легкой воды, ее слива. При этом восходящий в камеру конденсации пар легкой воды проходит через поток нисходящей воды, и поэтому пар насыщается тяжелыми молекулами, что не обеспечивает приемлемую чистоту конечной легкой воды за один цикл работы. Для достижения нужного качества легкой воды в размере 997 и более грамм на 1 кг обычной воды необходимо осуществить несколько циклов ее очистки, что отрицательно влияет на себестоимость работ, повышая их стоимость за счет потраченного дополнительного времени и дополнительных энергозатрат.

Электролизный способ

Для этого способа необходимо устройство-электролизер с твердым ионообменным электролитом. В нем разлагают конденсат атмосферной влаги, или дистиллят. Получаемые электролизные газы преобразуют и конденсируют в воду. Процесс происходит при повышенной температуре +60 – +80 0С. Производят изотопный обмен электролизного водорода с парами воды на гидрофобизированном и промотированном катализаторе на носителе из активированного угля, содержащем фторопласт, палладий или платину.

Из полученного электролизного водорода и кислорода удаляют пары воды, пропуская их через ионообменные фильтры. Очищенные электролизные газы преобразуют в воду, затем производят ее доочистку, минерализацию.

Кроме сложности самого технологического процесса, применяются дорогостоящие материалы (палладий, платина), а также велики затраты на электроэнергию для осуществления электролиза.

Ручной способ с охлаждением исходной воды и заморозкой льда

Этот способ применяется в домашних условиях. Для этого используют бытовые квартирные холодильники и морозильные камеры, или зимой - морозный атмосферный воздух с улицы.

Чтобы получать легкую воду по этому способу, не нужны специальные технические средства, а возможно использовать домашнюю посуду, при этом электроэнергия применяется минимальная и только для работы холодильника (морозильника), а зимой вообще электроэнергия не используется.

Данный способ разделяется на два подвида. При первом способе удаляется появившийся в виде игольчатой пленки тонкий лед из тяжелых молекул воды с поверхности сосуда, а остальная легкая вода сливается в другой сосуд. При втором способе полностью замораживается весь объем воды, а затем из середины ледяного куска струей теплой воды вымывается замерзший более плотным и темным куском лед тяжелой воды, а оставшийся, более прозрачный, внешний кусок растапливается в виде легкой воды.

Недостаток этого способа заключается в том, что он требует больших затрат личного времени, меньше всех обеспечивает чистоту легкой воды, и этим способом нельзя производить промышленные объемы легкой воды.

Легкие изотопы из продуктов питания

Как выяснилось, природная вода и большинство пищевых продуктов, употребляемых человеком, содержат тяжелые изотопы химических элементов. Каждый человек, являясь сложной биохимической системой, фракционирует тяжелые изотопы в течение всей жизни. В результате, с момента зарождения жизни в человеческом организме происходит накопление тяжелых изотопов, которые постепенно «встраиваются» в клетки организма. Это приводит к постоянному снижению скорости биологических процессов. Одним из следствий этого является ухудшение выведения из организма шлаков, токсинов и тяжелых металлов. Это обязательно вызывает ухудшение самочувствия и здоровья, учащаются болезни, раньше наступает старость и сокращается жизнь. Кроме этого, тяжелые изотопы встраиваются в клетки ДНК и РНК, нарушают работу наследственного аппарата и оказывают негативное влияние на здоровье будущих поколений.

Во многих случаях легче устранить причину, чем следствие. Явление снижения скорости биологических процессов в организме с возрастом, вызываемое накапливанием тяжелых изотопов, относится к этим случаям. Можно выбирать и употреблять продукты питания с низким содержанием тяжелых изотопов и понизить их содержание в организме замещением на легкие изотопы. Так можно достаточно просто повысить скорость обмена веществ, нужно просто не есть продукты с высоким содержанием тяжелых изотопов. А для восстановления и повышения скорости обмена веществ, при высоком содержании в пище тяжелых изотопов, кроме пищи требуются стимулирующие вещества.

Рассмотрим в общих чертах проблему если не исключения и очистки, то хотя бы снижения тяжелых изотопов в натуральной пище и употребляемых человеком продуктов.

Значительная доля продуктов питания состоит из атомов водорода, углерода и кислорода с обобщенной формулой СmHkOn и включает в себя жиры и углеводы – крахмал, глюкозу, сахар, фруктозу, спирт и т.д. Влияние изотопов водорода и кислорода на здоровье ранее рассмотрено, но влияние и распространенность углерода в природе и присутствие углерода и его соединений в организме человека – такого же порядка, как и Н и О. Если использование в пище продуктов, образованных только легкими изотопами 1Н и 16О, вызывает улучшение обмена веществ, укрепление иммунитета и оздоровление, то логично следует вывод, что использование в пище продуктов, содержащих только легкие изотопы 12С, также будет способствовать повышению скорости обмена веществ и улучшению здоровья. Проверка этого предположения на бытовом уровне состояла в том, что дополнительно к употреблению только легкой воды 1 раз в день обязательно употреблялась кукурузная каша и консервированная сладкая кукуруза, пшенная каша, употреблялся только тростниковый сахар, использовалось только кукурузное масло, которые содержат 13С в меньшей концентрации. Употреблялись морепродукты, которые не содержат тяжелый углерод, а также мелкая речная рыба, рыбные полуфабрикаты и морская капуста – неограниченно. Уже после двух недель подобной диеты самочувствие улучшается! Происходит улучшение состояния, труднообъяснимое на фоне употребления легкой воды. Улучшается общее самочувствие, и это подсказывает, что идея верна и предположение оправдалось!

В то же время есть информация, что в экспериментах, которые провел биохимик Михаил Щепинов из Оксфордского университета, черви, получавшие пищу с тяжелым углеродом 13С, жили на 10% дольше своих собратьев. «Это удивительное открытие, – сказал Щепинов, – но мы ожидаем, что в будущем получим еще более убедительные результаты». Чарльз Кантор, профессор биомеханического инжиниринга в Бостонском университете, подтверждает: «Предварительные данные показывают, что этот подход позволяет увеличивать продолжительность жизни и не вызывает побочных эффектов. Если последующие эксперименты это докажут, то последствия этого открытия будут поистине огромными».

Тяжелые изотопы могут скармливаться животным, чтобы люди получали их непрямым путем, например, съедая бифштекс, курятину или свиные отбивные, поясняет доктор Щепинов. По его мнению, для благотворного влияния достаточно будет лишь время от времени получать с пищей тяжелые изотопы. Две группы ученых изучают его идеи, работая с червями, а доктор Щепинов ищет источники финансирования для продолжения исследований. Однако директор Института будущего человечества при Оксфордском университете Ник Бостром в своей статье, опубликованной в журнале Chemistry World, призывает к осторожности. Подчеркивая, что на людях эту концепцию опробуют, скорее всего, лишь в весьма отдаленном будущем, он сказал: «Я не жду, что это открытие позволит нам получить эликсир вечной жизни. А пока не рекомендую отказываться от овощей и фруктов».

Употребление человеком пищи с большим содержанием тяжелых изотопов вызовет не удлинение жизни, а увеличение заболеваний и в итоге сокращение жизни. Объяснение этому предположению простое: слишком велика разница организмов червей и человека, подобные опыты и сравнения не могут быть корректными. Обменные процессы червей значительно «короче и проще», и в них существенную роль играет кожа. Поэтому отравление организма червей тяжелыми изотопами ничтожно, а уменьшение скорости биологических процессов в клетках существенно, что и приводит к увеличению продолжительности жизни. С человеком же этот «номер» не получится. Замедление скорости обмена веществ обязательно вызовет комплексное самоотравление организма, ухудшение самочувствия и заболевания, которые приведут к сокращению продолжительности жизни. К такому же мнению склоняются и шотландские исследователи, правда, с другим объяснением механизма обнаруженного ими явления. В эксперименте на мышах им удалось обнаружить, что те животные, у которых вызывали повышение скорости обмена веществ, жили дольше мышей с замедленным обменом веществ. Ученые предположили, что причина кроется в работе митохондрий, основных источников энергии для живой клетки. Механизм работы митохондрий заключается в «сжигании» органических веществ из пищи в присутствии кислорода. Чем выше скорость этих реакций, тем меньше возникает свободных радикалов, повреждающих клеточные органеллы. Теперь ученые намерены изучить влияние скорости обмена веществ на человеческий организм. Но ясно, что идея, что чем медленнее происходит обмен веществ, тем дольше организм человека будет сохранять работоспособность, оказалась заблуждением.

Как выделять углеводы, жиры, спирт, образованные только легкими изотопами химических элементов? Это вопрос для профессиональных химиков и технологов. Но логично, что спирт, жиры и углеводы, образованные тяжелыми изотопами С, Н и О, надо бы признать техническими и использовать в технике, например в качестве топлива или сырья для производства полимеров. А углеводы – сырье и продукты, образованные легкими 1Н, 12С, и 16О – использовать в пищу и применять в пищевом производстве. К примеру; употребление в пищу только растений с механизмом фотосинтеза С4 (кукуруза, сахарный тростник, сорго, чумиза и просо) и морепродуктов приведет к снижению 13С в организме и улучшению здоровья. Усвоение атмосферного углекислого газа растениями проходит за счет фотокаталитических процессов, причем в роли катализаторов выступают чрезвычайно избирательно действующие энзимы, «предпочитающие» работать с теми изотопами, которых в природе больше, т.е. с 1Н, 12С и 16О. Для каждого из трех механизмов фракционирования углерода характерны свои концентрации углерода 13С в растениях.

Для механизма С3 концентрация 13С определяется значениями в интервале от 21 до 35, для механизма С4 – от 9 до 15, для САМ – от 11 до 28 ‰. Фракционирование изотопов углерода в процессах фотосинтеза объясняется небольшими различиями в физических и химических свойствах 12С и 13С. Большинство растений Земли и России осуществляют фотосинтез по С3-пути. Типичные представители этой группы – горох, фасоль, конские бобы, шпинат, салат, капуста, пшеница, овес, рожь, ячмень, свекла, подсолнечник, тыква, томаты и другие одно- и двудольные растения. С4-растения наиболее многочисленны в зонах с высокими температурами. Они более экономно используют воду по сравнению с С3-растениями. В настоящее время известно, что все растения с С4-фотосинтезом – цветковые из 19 семейств: двудольных 16 и 3 однодольных. Некоторые растения, произрастающие в жарком и сухом климате, используют комбинированный механизм, объединяющий С3 и С4, метаболизм кислот по типу растений семейства толстянковых, кактусов и ананасов. Он обозначается латинскими буквами САМ (начальные буквы Crassulacean Acid Metabolism – метаболизм крассулациановой кислоты). Возникновение С4- и САМ-путей фотоассимиляции СО2 связано с воздействием на высшие наземные растения засушливого климата. Эти растения хорошо адаптированы к высокой интенсивности света, повышенным температурам и засухе. Оптимальная температура для осуществления фотосинтеза у них выше, чем у С3-растений.

В соответствии с первичным механизмом фиксации СО2 при фотосинтезе все С4-растения подразделяются на три группы. Некоторые растения осуществляют фиксацию СО2 с помощью фермента НАДФ. Типичные представители этой группы – кукуруза, сахарный тростник, сорго, росичка кроваво-красная и другие злаки. Растения, у которых первичным продуктом фиксации углекислоты является аспартат, образуют вторую группу. Представителями этой группы являются различные виды амаранта, портулак огородный, просо обыкновенное, бизонья трава и др. Третья группа С4-растений осуществляет фиксацию СО2 при фотосинтезе с образованием фермента ФЕП (фосфоенолпируват). Типичные представители этой группы – некоторые виды проса, хлориса, бутелуа.

Явление фракционирования создает определенный изотопный состав, изотопную метку на всех продуктах питания. А поскольку человек есть то, что он ест, пьет и чем дышит, то и он в себе несет эту метку. Изотопный состав углерода у среднего американца (13С заключен в интервале от 19 ‰ до 13 ‰) заметно отличается от того, что имеется у среднего европейца (содержание 13С лежит между 28 ‰ и 21 ‰). Объяснить это не трудно. В диете европейца преобладают растения типа С3, растения этого же типа идут и на корм скоту. А в США значительно большую долю рациона и людей, и домашних животных составляет кукуруза и сахарный тростник, относящиеся к растениям с фотосинтезом С4. Экспериментально проверить это решил Тур Стерлинг из университета штата Юта. В 1996 году он отправился в геофизическую экспедицию в Монголию на четыре месяца. Каждое утро он собирал там остатки своих волос после бритья и упаковывал их в отдельные маркированные пакетики. Вернувшись в США, он продолжал это делать еще два месяца. А затем Крэг Кук, биолог из того же университета, провел изотопный анализ углерода волос. Оказалось, что во время пребывания в Монголии он изменился с 16 ‰ до 23 ‰, а через три недели после возвращения из экспедиции состав снова стал нормальным для американца. Интересно, что Стерлинг в середине своей командировки вернулся из монгольской «глубинки» в Улан-Батор и жил там в течение двух недель в посольстве США, питаясь американскими продуктами. Этот эпизод показал изменение изотопного состава углерода во времени, что однозначно свидетельствует о зависимости изотопного состава организма от диеты и о возможности его коррекции подбором напитков и продуктов питания. Поэтому возможно существенное снижение содержания 13С в организме, что имеет хорошую перспективу оздоровления. Это вполне выполнимая задача, учитывая широкий разброс значений содержания тяжелого изотопа углерода в разных продуктах питания и возможности их выбора и подбора в рационе питания людей.

Фракционирование изотопов возникает потому, что диффузия и реакционная способность более легких изотопов протекает немного быстрее. Возникает вывод, что из растений одного вида желательно употреблять в пищу быстро растущие растения, т.к. они «предпочитают» и фракционируют 12С и поэтому содержат 13С в меньших концентрациях. Естественно, необходимо употреблять те части растений, в которых накопились легкие изотопы углерода. Желательно употреблять растения с фотосинтезом по типу С4 и САМ. По аналогии, вывод переносится и на изотопы других элементов.

Подавляющее большинство быстро растущих растений являются теплолюбивыми и влаголюбивыми растениями. Больше фракционируют легкие изотопы растения с длинным стеблем или стволом. Растения с плодами с плотной кожурой – арбузы и дыни, тыква, кабачки, патиссоны и огурцы, а также другие подобные сохраняют воду и, соответственно, меньше концентрируют тяжелую воду. Желательно употреблять в пищу плоды высоких растений и растений с длинным стеблем, а при возможности – верхнюю часть и верхние плоды. Существуют пищевые растения, которые снижают поверхность испарения воды наслоением листьев, плоды этих растений также накапливают и содержат тяжелые изотопы Н и О в меньшей концентрации; самые распространенные примеры – кукуруза и капуста, поэтому они прекрасные овощи и в этом отношении. Кстати, у капусты есть не менее полезная и вкусная «родственница» – цветная капуста.

Известно, что подсолнечник накапливает калий, в золе подсолнечника самое высокое содержание калия среди всех пищевых растений России. Учитывая, что семена подсолнечника находятся на высоте до 2,5 м, ясно, что семечки больше содержат легкий калий и являются полезными для организма, так же как и подсолнечное масло.

Явление изотопного фракционирования в биосистемах приводит к тому, что с возрастанием длительности жизни увеличивается и количество тяжелых изотопов в организме. Это происходит до установления некоторого стабильного состояния соотношения изотопов. Это соотношение, в свою очередь, зависит от соотношения изотопов в пище, воде и воздухе. Низкое содержание в них и тем более отсутствие тяжелых изотопов будет способствовать снижению их содержания в организме.

Следовательно, при употреблении мясной и рыбной продукции выбирать необходимо молодые экземпляры, не достигшие зрелости, более крупные и одного возраста. Вполне вероятно, что различие вкуса мяса молодых и старых животных объясняется человеческой способностью на вкус отличать содержание тяжелых и легких изотопов. Кстати, мясо, жир и кости молодых и старых животных отличаются и по цвету. Интересно, отличаются ли по цвету и вкусу мясо молодых и старых животных, которых год – полтора кормили и поили легкоизотопной пищей и водой?

Кстати, мясо хищных животных и птиц, которые кормятся мясом других животных, особенно падалью, невкусно, даже просто отвратительно. Такое же явление наблюдается и у морских и водных обитателей. Например, щурята до двух летнего возраста вкусные, средние щуки имеют посредственный вкус, а крупные щуки без вкусовых приправ просто малосъедобные. Понятно, что в организмах хищников накапливается большое количество тяжелых изотопов, потому что они питаются другими организмами, которые имеют более высокую концентрацию тяжелых изотопов по сравнению с природным соотношением. Видимо, мясо хищников имеет очень высокую концентрацию тяжелых изотопов, и люди способны различать такое мясо на вкус!

При выборе между речной и морской рыбой необходимо учитывать факт высокого содержания тяжелого хлора в составе соли морской воды. Это приводит к тому, что морские продукты накапливают тяжелый хлор, которого в природе и так 25%. Поэтому надо отдавать предпочтение речной и озерной рыбе, которая не мигрирует и не питается в морях.

Полностью устранить явление биологического фракционирования в человеческом организме тяжело. Для этого вся окружающая среда должна состоять только из легких изотопов, что возможно только на космической станции и нереально в жизни обычного человека. Но исключение из питья и пищи тяжелых изотопов, наиболее распространенных в организме, оказывает существенное положительное влияние. При этом в течение первого года происходит выведение из организма тяжелых изотопов, мембраны клеток становятся более проницаемыми, организм легче и быстрее выводит шлаки, тяжелые металлы и токсины.

Это является важным фактором, укрепляющим здоровье, в связи с резким возрастанием концентрации тяжелых металлов, появлением новых канцерогенных веществ. В качестве примера приведем канцерогенный газ криптон. Этот тяжелый инертный газ не участвует в биохимических реакциях, но, поступая в организм при дыхании, накапливается в жировой ткани. При употреблении легкой воды и продуктов с минимальным количеством тяжелых изотопов химических элементов снижается количество жировой ткани, соответственно количество криптона в организме снижается, и он быстрее выводится из организма. В итоге легкая вода и пища снижает канцерогенное действие криптона. Есть пример, не связанный с одним химическим веществом; во время беременности происходит перестройка организма матери, вызванная изменениями видов веществ, объемов и направлений обмена веществ организма. Причем эти изменения не стабильны, связаны с ростом плода и его увеличивающимся потреблением и выделением и происходят в течение всего срока беременности.

Дополнительные нестабильные нагрузки на все органы матери приводят к снижению скорости обмена веществ и, как следствие, к некоторому отравлению организма и заметному ухудшению самочувствия, к примеру, тошноте. Поэтому постоянное употребление легкой воды и легкоизотопных продуктов во время беременности, вызывая повышение скорости обмена веществ, способствует не только облегчению состояния матери, но и, самое главное, приводит к снижению вероятности возникновения и развития дефектов плода, приводит к укреплению здоровья и ребенка и матери.

Постоянное употребление легкой воды и легкоизотопных продуктов будет способствовать тому, что интенсивность работы мозга начнет снижаться не с 20, а с 40–50 лет. При этом произойдет увеличение активного долголетия людей.

Атомы водорода и кислорода, образующие воду, или окись водорода, могут иметь различные массовые числа и отличаться друг от друга своими физико-химическими свойствами, но при этом они имеют одинаковый электрический заряд атомных ядер и поэтому занимают в периодической системе элементов одно и то же место. Такие разновидности атомов одного и того же химического элемента называются изотопами.

Известны пять водородов и пять кислородов. Правда, по два из них (4Н, 5Н, 14О и 15О ) радиоактивны и очень короткоживущи. Например, длительность существования водорода-4 – 4 10-11 сек. Такие короткоживущие изотопы из нашего рассмотрения исключены.

Итак, наиболее широко известны следующие изотопы водорода: протий 1Н (с относительной атомной массой 1), дейтерий 2Н , или D (с относительной атомной массой 2) и тритий 3Н , или Т (с относительной атомной массой 3), наиболее тяжелый, но слаборадиоактивный водород (его период полураспада 12,3 года), и изотопы кислорода: 16О, 17О и 18О. Эти шесть изотопов могут образовывать 18 изотопических разновидностей воды: 1H216О; 1HD16О; D216О; 1HT16О; DT16О; T2О16; 1Н217О; 1НD17О; D217O; lНT17O; DТ17О; Т217О; 1Н218О; 1НD18О; D218O; 1HT18O; DT18O; Т218О.

Тритий и кислород-17 обнаружены в природных водах только в виде следов, а дейтерий и кислород-18 - в ощутимых количествах, которые мы приводим в таб. 2, где одновременно эти условные количества сопоставляем с содержанием в морской воде некоторых других элементов.

Объединив и осреднив изотопные составные природной воды, можем сказать, следующее: в земных водах содержится «легкой» воды 99,75, тяжелой кислородной - 0,18 и тяжелой водородной - 0,017%. Разумеется, это приближенные осредненные данные. На Земле на 6800 атомов протия приходится один атом дейтерия, а в межзвездном пространстве один атом дейтерия приходится уже на 200 атомов протия.

Дейтерий образуется при расщеплении ядер гелия, когда они сталкиваются друг с другом и происходит захват нейтрона протоном. Атмосферная вода в процессе круговорота обогащается дейтерием в результате диссипации протия в космическое пространство. Именно благодаря этому дождевая вода более богата тяжелым водородом. Тритий может поступать в атмосферу в результате космических процессов, а также обогащать земную воду, правда в очень небольших количествах, сверхтяжелой водой.

В атмосфере наблюдается некоторый избыток тяжелого кислорода-18, поступающего в результате разложения растений, содержащих его в повышенных количествах.

Изотопические разновидности воды различаются прежде всего своими физико-химическими характеристиками. Дейтерий обладает высокой гигроскопичностью, с жадностью поглощая влагу из воздуха и из стенок сосуда. Растворимость некоторых солей в тяжелой воде заметно меньше, чем в обыкновенной; с повышением содержания дейтерия отмечается уменьшение скорости некоторых реакций.

Какие разновидности соединений водорода с кислородом в «чистой» воде возможны еще? Мы говорили, что вода состоит из молекул Н2О или их изотопических разновидностей, которые сами по себе не несут электрического заряда, они нейтральны.

Внутри их положительные и отрицательные заряды уравновешены, хотя сама молекула воды полярна, как кусок магнита. Нейтральность заряда достигается равновесием между положительно заряженными протонами, и отрицательно заряженными электронами.

Однако вода обладает способностью к диссоциации (расщеплению) на противоположно заряженные ионы водорода Н+ и гидроксила ОН-, т. е. происходит ионизация самой воды. В случаях связывания одного из ионов с каким-либо другим веществом вода из нейтральной может стать кислой (при преобладании положительных свободных ионов водорода) или щелочной (при преобладании отрицательного гидроксильного иона). Например, если сжать воду под давлением 160 кбар, то ее плотность при температуре 1300 °С будет равна 2, а сама вода будет обладать свойствами кислоты. Такая «чистая» вода - хороший электролит. Если чистая вода совершенно не ионизирована, она не электропроводна. В действительности в природе вода всегда является электролитом, пропускающим в большей или меньшей степени электрический ток. Наличие ионов Н+ и ОН- делает воду очень активной.

Диссоциация (ионизация) молекул воды в большинстве поверхностных вод очень незначительна: при 25 °С в тонне «чистой» воды всего 1,8 мг или одна десятимиллионная часть воды. Однако и эта незначительность очень важна.

В воде могут находиться и отрицательно заряженные ионы кислорода О-, а также другие соединения водорода с кислородом, например гидрооксоний НзО +, который встречается в растворах галита (NaCI) при повышенных температурах и давлениях, а также в узлах решетки льда (вместе с гидроксильным ионом ОН-) , во многих минералах и т. д.

Однако в отношении Н+ и НзО+ следует сделать весьма существенную оговорку для температур до 100 °С. При ионизации воды, т. е. при распаде незаряженной молекулы Н2О на гидроксильный анион ОН - и катион Н+ , последний в воде не образуется, а гидратируется до иона гидрооксония Н3О+.

В 1 кг «чистой» воды при 25 °С содержится только 10-7 моль ионов НзО+ и, разумеется, столько же ионов ОН-. Но в воде не только не существует голых протонов Н+ , а даже гидратированные протоны Н3О+ в действительности подвергаются дальнейшей гидратации и реально существуют в форме иона Н9О4+.

Из других соединений водорода с кислородом известны перекись водорода Н2О2, гидроксил-моногидрат Н3О2 , встреченный в облаках ионосферы, перигидроксил НО2. Эти неустойчивые в основном соединения при определенных температуре и давлении могут быть весьма устойчивыми, о чем будет сказано позднее. В особых условиях сама молекула воды может оказаться носительницей положительного заряда Н2О+ или быть в возбужденном состоянии.

Следует упомянуть о существовании еще двух модификаций водорода: орто- и пароводород. В молекуле ортоводорода оба протона вращаются вокруг своей оси в одном и том же направлении, или, как говорят физики, имеют одинаковые ядерные спины. В молекуле же пароводорода протоны вращаются в противоположных направлениях. При 20 °С в обычном водороде содержится около 75% молекул ортоводорода и лишь 25% пароводорода. Помимо ядерного существует и электронный спин. Суммарный эффект спинов атома обусловливает его магнетизм, и наоборот, постороннее магнитное поле, в которое попадает молекула водорода, может изменять ее ядерный спин. Существуют. также модификации орто- и пароводы с параллельными и антипараллельными спинами как ядер, так и электронов.

Чистый пароводород (99,7%) впервые был получен в 1929 г. немецкими учеными К. Бонхеффером и П. Гартеком. От ортоводорода он отличается температурами кипения, плавления, упругостью пара, рядом других физических и химических свойств. При взрыве смеси пароводорода с кислородом первый нацело переходит в обыкновенный водород. Аналогичные явления наблюдаются и для тяжелой воды с различными ядерными и электронными спинами дейтерия. Отношение ортоводы к пароводе в водяном паре равно 3:1, а в тяжелой воде - 2:1. Молекула воды является как бы несимметричным ротором. При этом наблюдается большая скорость перехода от орта- к парвооде и наоборот, что сильно затрудняет исследования.

Все рассмотренные соединения водорода и кислорода требуют особых условий (температуры, давления и др.).

Здесь же мы еще раз подчеркнем, что даже та идеальная, реально несуществующая вода без примесей других (кроме кислорода и водорода) элементов есть вещество исключительно сложное, очень далекое от примитивного и привычного нам изображения в виде формулы Н2О .

И кислород, и водород имеют природные и искусственные изотопы. В зависимости от типа изотопов водорода, входящих в молекулу, выделяют следующие виды воды:

Лёгкая вода (основная составляющая привычной людям воды) H2O.

Тяжёлая вода (дейтериевая) D2O.

Сверхтяжёлая вода (тритиевая) T2O.

Тритий-дейтериевая вода TDO

Тритий-протиевая вода THO

Дейтерий-протиевая вода DHO

Последние три вида возможны, так как молекула воды содержит два атома водорода. Протий — самый легкий изотоп водорода. Дейтерий имеет атомную массу 2,0141017778 а.е.м.. Тритий — самый тяжелый, атомная масса 3,0160492777 а.е.м..

Известно, что тяжёлая вода не поддерживает жизни, то есть большинство живых организмов (за исключением некоторых микроорганизмов и грибов) в такой воде умирает.

По стабильным изотопам кислорода 16O, 17O и 18O существуют три разновидности молекул воды. Таким образом, по изотопному составу существуют 18 различных молекул воды. В действительности любая вода содержит все разновидности молекул.

Известны пять водородов и пять кислородов. Правда, по два из них (4Н, 5Н, 14О и 15О) радиоактивны и очень короткоживущи. Например, длительность существования водорода-4 – 4 10-11 сек. Такие короткоживущие изотопы из нашего рассмотрения исключены.

Итак, наиболее широко известны следующие изотопы водорода: протий 1Н (с относительной атомной массой 1) дейтерий 2Н, или D (с относительной атомной массой 2) и тритий 3Н, или Т (с относительной атомной массой 3) наиболее тяжелый, но слаборадиоактивный водород (его период полураспада 12,3 года), и изотопы кислорода: 16О, 17О и 18О. Эти шесть изотопов могут образовывать 18 изотопических разновидностей воды: 1H216О; 1HD16О; D216О; 1HT16О; DT16О; T2О16; 1Н217О; 1НD17О; D217O; lНT17O; DТ17О; Т217О; 1Н218О; 1НD18О; D218O; 1HT18O; DT18O; Т218О.

Объединив изотопные составные природной воды, можем сказать, следующее: в земных водах содержится «легкой» воды 99,75, тяжелой кислородной - 0,18 и тяжелой водородной - 0,017%. Разумеется, это приближенные осредненные данные. На Земле на 6800 атомов протия приходится один атом дейтерия, а в межзвездном пространстве один атом дейтерия приходится уже на 200 атомов протия.

Дейтерий образуется при расщеплении ядер гелия, когда они сталкиваются друг с другом и происходит захват нейтрона протоном.

Атмосферная вода в процессе круговорота обогащается дейтерием в результате диссипации протия в космическое пространство. Именно благодаря этому дождевая вода более богата тяжелым водородом.

Тритий может поступать в атмосферу в результате космических процессов, а также обогащать земную воду, правда в очень небольших количествах, сверхтяжелой водой.

Водород воды имеет три изотопа: протий 1Н (протон + электрон), дейтерий 2Н или Д (протон + нейтрон + электрон), тритий 3Н или Т (протон + два нейтрона + электрон), с массовыми числами соответственно 1, 2 и 3. Протий и дейтерий – стабильные изотопы. Тритий – бета радиоактивен, период полураспада равен 12,26 года. Атомы Н бывают разной степени возбуждения.

Кроме водорода, изотопы обнаружены и у кислорода, их пять, кроме известного всем стабильного изотопа О16 (с молекулярным весом 16). Три из них оказались радиоактивными – О14, О15 и О19, а О17 и О18 – стабильными. О16, О17 и О18 содержатся во всех природных водах, причем их соотношение (с колебаниями до 1%) таково: на 10000 частей О16 приходится 4 части О17 и 20 частей О18.

Учитывая все разнообразие изотопного состава водорода и кислорода, можно говорить о большом разнообразии изотопных разновидностей воды. Девять из них включают только стабильные изотопы и составляют основное содержание природной воды. В ней преобладает обычная вода Н12О16 (99,73%), далее следует тяжелокислородные воды Н12О17 (0,04%) и Н12О18 (0,2%), а также изотопная разновидность тяжелой воды H1D1O16 (0,03%).

Кислорода в человеке 60%, но по количеству атомов все живые существа на 2/3 состоят из атомов водорода и на ¼ из атомов кислорода. Изотопное отношение: П:Д = 1:4700 в материковых водах, П:Д = 1:6800 атомов в морской воде. То есть концентрация в материковых водах Д = 0,0135 ат.% или 0,015 вес%, в морской воде Д = 0,015 ат.% или 0,017 вес%. В природной воде содержание трития ничтожно – всего 10-18 атомных процента. И тем не менее он есть и в питьевой воде.

Поскольку Вселенная в основном состоит из атомов водорода, космические ядра водорода протоны, пронизывая атмосферу, захватывают О2, образуют Н2О. В этой воде много трития и дейтерия. Каждые сутки на Землю падает 1,5 тонны тритиевой-дейтерированой воды. Поэтому основным источником природного трития, дейтерия и радиоактивных кислородов является атмосфера.

Просмотров