參與核反應的重水也能喝?喝過的都說甜?

北京理工大學講師,應用化學博士水是什麼?從初中接觸化學開始,我們就牢牢記住水是H2O,所以這看起來真是一個愚蠢的問題,但是化學家並不這麼想。在0℃冰就會融化,這件事大家都知道,但如果有一種冰塊在3.8℃以上才能融化,你相信嗎?

它並不是需要什麼特殊的壓強或其他環境條件,也並不是混合了什麼其他的物質,就是純純的、地道的水,但又有一點不一樣,它叫重水

參與核反應的重水也能喝?喝過的都說甜?

左側為重水冰塊,右側為普通冰塊

重水“重”在哪?

簡單來說,重水只是比普通的水(我們稱之為“輕水”)密度大一些。微觀上,普通的水分子和重水分子,都是由2個氫原子和1個氧原子組成的,不同的是,普通水中的氫原子化學符號是H,稱之為“氫”(或“氕”),而重水中的氫原子化學符號是D,稱之為“重氫”(或“氘”)。H和D之間的區別是什麼呢?實際上,普通的氫原子H的原子核中只含有1個質子,而重氫原子D的原子核中多了一個中子,所以20℃時1mL輕水是0.9982克,而重水則是1.056克。另外,氫原子的第三種類型是T,稱之為“超重氫”(或“氚”),也是原子核中多了2個中子。

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從外觀上看,重水和普通水沒有任何區別,都是無色無味的液體,並且由於它們是同一種元素組成的物質,所以它們的化學性質非常接近,但要說一點區別都沒有,說出來誰也不信。

在自然界中,重水的分佈很不均勻,雪、雨水和地表水中重水的含量很少,每50噸的普通水中大約有7.5千克的重水,所以人們為了獲得重水,普遍採用電解普通水的方法。由於重水不會被電解,所以電解液中重水的濃度就會越來越高,最終獲得較純的重水。只不過,這樣製備的重水會消耗大量的電能,提煉1千克重水比熔煉1噸鋁所需的電能還要多3倍。

那人們為什麼還源源不斷的電解水來製備重水呢?這是因為在現代原子能反應堆中,重水參與化學反應的速率比輕水要慢,是目前為止最好的中子減速劑,在製造核燃料過程發揮重要作用,並且重水更不容易吸收中子,可能讓鏈式反應可持續。

重水有毒?

重水剛開始進入人們視野就和核反應堆聯繫在一起,雖然現在我們已經知道它危險性不大,但是當年很多人對它的第一印象就是極度危險的。

然而科學家的好奇心永無止盡,早在它被發現不久后就有人把重水喝了下去。

這個人就是喬治·赫維西(George Charles de Hevesy),名字可能對多數人比較陌生,但如果有人聽說過用王水把諾貝爾獎金牌溶了的故事,也可以從中看出一點這位科學家的性情。但那是另外一個故事,和今天重水無關。言歸正傳,對喝重水這件事,我們首先考慮它的毒性。

重水雖然沒有放射性,也並不是有毒物質,但是生物只需要普通的水。這就好像空氣中的氮氣無毒,但是吸入高濃度氮氣會缺氧窒息一樣,如果只喝重水,身體機能一定會出問題。

有關它的老鼠實驗中就已經發現,重水能抑制細胞的分裂(重水的致死濃度為60%),導致需要快速新陳代謝的組織由於細胞大面積死亡而壞死,如髮根或胃部黏膜會最先出現毛病。好消息可能是,本來快速增長的癌細胞也會出現生長減慢,不過減慢的程度對於癌症的治療並沒有太大幫助。

參與核反應的重水也能喝?喝過的都說甜?

植物在濃度較高的重水環境中會逐漸枯萎

來源 | 論文《The biophysical effects of deuterium oxide on biomolecules and living cells through open notebook science》

可以明確的是,目前通過正規途徑買到的重水,在瓶身標籤上基本都會標註有安全性警告,或者是“僅用於實驗”等提醒,不建議任何人嘗試飲用重水。

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重水是甜的?

但理論是理論,喝一點點問題不大,所以後來也有無數人嘗試過重水的味道。至於讓這麼多人“追熱點”嘗試重水的緣由,卻有點奇怪——重水是不是甜的?

參與核反應的重水也能喝?喝過的都說甜?

來源 | Popular Science報道節選

水為什麼會有甜味呢?根據外國一位好奇博主的策劃,他召集並設置了簡單的盲測實驗,被試者將依次品嘗不同種類的水,每次三滴。為了排除無關因素,如重量帶來的感官差異,他還花重金買了與重水分子量相同的重氧水(又稱氧18水),結果幾乎所有被試者都能區分出重水,並且分辨速度非常快。

參與核反應的重水也能喝?喝過的都說甜?

來源丨Thunderf00t

在另一項味覺測試實驗中,28名參與者中也有22名能準確區分出了重水,根據參與者的反饋,純重水的甜味最顯著,但整體味道偏輕,平均甜度為3.3±0.4。

參與核反應的重水也能喝?喝過的都說甜?

甜度感知(1無感,3輕微,5中等,7非常,9齁甜)

為了進一步研究重水產生甜味的原因,第二個實驗團隊還進行了小鼠實驗,結果卻發現小鼠對蔗糖水有較強的偏好,但卻對重水無感,甚至觀察到小鼠表現出對重水的厭惡。

參與核反應的重水也能喝?喝過的都說甜?

來源 | 論文《A Study of Taste and Smell of Heavy Water (99.8%) in Rats》

這就帶來了一種猜測:重水能嘗出甜味的原因可能來自於人類特有,而嚙齒類生物沒有的甜味受體。

參與核反應的重水也能喝?喝過的都說甜?

來源 | Carmelo Tempra / IOCB Prague

進一步的實驗證實,TAS1R2 / TAS1R3受體就是人類能嘗出重水甜味的最終原因,並且後續的受體抑製劑實驗也反向證明了這一點,不過仍沒有找到確切的點位和作用機理,有待進一步研究和發現。

總之,這裡有一個無用的小知識:當你面前有兩杯水時,淺嘗一口就能判斷出哪杯是重水,但是珍愛生命,請遠離重水!