Hidrológiai Közlöny 1952 (32. évfolyam)
3-4. szám - Stegena Lajos: A nehézvíz geokémiájáról
114 Stegena L.: A nehézvíz geokémiájáról Szerző először történeti visszapillantást nyújt a nehézvízkutatás eddigi eredményeiről, majd a nehézvíz fajtáit és ezek tulajdonságait ismerteti. Bőven foglalkozik a szovjet kutatók sokoldalú nehézvíz-tanulmányaival, akik leginkább a nehézvíz felszíni elterjedésének körülményeit tanulmányozták a Szovjetunióban és környékem. Tárgyalja ezenfelül szerző a nehézvíz előfordulásának minőségi és mennyiségi viszonyait a különféle eredetű és öszszetételű kőzetekben is. A nehézvíz mennyiségnek meghatározására szolgáló eddigi eljárásokról és eredményekről is beszámol. Bámutat, hogy a nehézvíz-meghatározásokból értékes geológiai következtetéseket lehet levonni. UDC 546. 212.02 : 550.4 • A nehézvíz geokémiájáról STEGENA LAJOS Az izotópok kutatása ma a fizika egyik központi feladata. Az izotóp indikátorok módszere révén az izotópkutatás bevonult a többi természettudomány területére is, különösen amióta az atommáglya szinte korlátlan lehetőséget nyújt izotópok előállítására. A geokémiában, geológiában és geofizikában a rádióaktív eredetű ólom és radioaktív kálium, valamint a szén-izotópok jelentősége már közismert és nagyfontosságú. Eddig összesen mintegy 400 izotópot fedeztek fel. Nem minden elemnek van izotópja, az Au, Bi, Na, F stb. „tiszta" elemek. Legtöbb izotópja az Sn-nak van, összesen tíz. A közönséges víz képlete H,0, a tömegszámokat is kiírva HV'O. Úgy a H-nek, mint az O-nek három-három izotópja ismeretes: 1H, 2H, : 1H, illetőleg 1 60, 1 tO, és 1 80. A H-izotópoknak külön nevük is van, a 2-es tömegszámú a deuierium (D), a 3-as a triterium vagy tritium (Tj. Hogy éppen a H izotópoknak adtak külön nevet, ez indokolt. A H izotópok fizikai és kémiai tulajdonságai között a különbség kirívóan nagy a többi elemek izotópjaihoz viszonyítva. Ez azért van, mert a tömeg-különbség a H izotópoknál lényegesen nagyobb, mint a többi elemeknél ; pH. H és D között 100%, míg 1 60 és 1 70 között csak 6%. Ez szabja meg lényegileg a nehézvíz geokémiai jelentőségét ; míg a többi (főleg nem radioaktív) izotópok eloszlása a Föld felületén egyenletes, a deuteriumoxid (és triteriumoxid) igen érdekes különbségeket mutat. Sietek hozzátenni, hogy speciális esetekben a többi elemek izotópja is ad érdekes eltéréseket, pl. a C izotópok esetében a tengeri állatok szervezete biológiai szűrőként működik, ezt a hatást a geokémia igen jól tudja kormeghatározásra felhasználni. Az 1. táblázat mutatja a H és O izotópok átlagos megoszlását a természetben. 1. táblázat 99,984% 160 99,76% 2H 0,016% "0 0,04% 3H 0,0000167% 18Q 0,20% A H izotópok felfedezése igen érdekes. Birge és Menzel 1931-ben kimutatták, hogy a H kémiailag meghatározott atomsúlya és Asfon-féle tömegspektográffal kimutatott atomsúlya között eltérés van. Ez az eltérés megmagyarázható, ha feltételezzük, hogy a H-nek egy 2-es tömegszámú izotópja is van, 1 : 4500 arányban. E feltevés alapján 1932-ben Üreg, Brickwedde és Murphij termodinamikailag kiszámították a feltételezett izotópok (l-es, 2-es és 3-ag) tenzióit, és a 1II— 2H— 3H-rendszer számított hármaspontja közelében desztilláltak cseppfolyós H-t. A desztillálás folyamán, ha a számított gőztenzió-értékek (1 :0,37 :0,29) helyesek, a feltételezett izotópoknak feli kellett dúsulniok. Ezután kiszámították a H, D és T atomspektrumában várható vonal-eltolódást — ez pl. H a, és I) a esetén I,793 Á. — A várt helyen tényleg megkapták a várt 2H-nak megfelelő D a, /?, y, (5 vonalakat, mégpedig a desztillált mintában lényegesen érősebben. Ók 1 :4000 arányt adtak meg. A feltételezett 3H-t nem tudták kimutatni, a módszer pontatlansága miatt. Ez Leivisnék és Speddingnek sikerült 1934-ben. Van tehát három H és három O izotóp. Ezek különféle kombinációja révén 3,31 = 18 fajta vízmolekulát tudunk felírni, pl. HT 1 60, DT 1 70 stb., mind a 17 fajta víz nehezebb a normális 'H 2 l cO-nál, tehát 17-féle „nehéz" víz van. A nehézvíz meghatározása kezdetben elektrolitikus sűrítés és utána piknométeres sürűségmeghatározás útján történt. Ez abszolút módszer, de körülményes és pontatlan. J. Emelcus közvetlen sűrűségmeghatározásos módszert dolgozott ki. A vizsgálandó vizeket desztillálják és különleges módszerrel mérik a sűrűséget. Ez relatív módszer, tehát csak vizek összehasonlítására alkalmas, de gyors és pontos. Milyen pontosság kívánatos? Vizsgáljuk a számunkra fontos H 2 1 60— D 2 i eO esetét. A H 20 atomsúlya =18, a D 20-é = 20. A deuteriumoxid sűrűsége tehát — ha a II,O és D 20 molekulákat azonos nagyságúaknak 20 tételezzük fel, 4°-on 1> 1 1- A z átlagos deuteriumoxid tartalmú víz sűrűsége: 1 99,984 -f-1,11 0,016 _ ? 6 100 cm 3-ként 17 y-val nehezebb a tiszta H 20-nál. Kívánatos tehát legalább 6 tizedes pontossággal sűrűséget mérni, hogy a normálistól néhány %os D aO eltérést ki tudjuk mutatni. Ez az említett úszós relatív módszerrel megy is. Az 1. ábra szemlélteti Anderson, Purcell, Pearson és King javított úszós módszerét.
