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参与核反应的重水也能喝?喝过的都说甜?

原创
重水
北京科学中心

审稿专家:甘强

北京理工大学讲师,应用化学博士水是什么?从初中接触化学开始,我们就牢牢记住水是H2O,所以这看起来真是一个愚蠢的问题,但是化学家并不这么想。

在0℃冰就会融化,这件事大家都知道,但如果有一种冰块在3.8℃以上才能融化,你相信吗?它并不是需要什么特殊的压强或其他环境条件,也并不是混合了什么其他的物质,就是纯纯的、地道的水,但又有一点不一样,它叫重水

左侧为重水冰块,右侧为普通冰块

重水“重”在哪?

简单来说,重水只是比普通的水(我们称之为“轻水”)密度大一些。微观上,普通的水分子和重水分子,都是由2个氢原子和1个氧原子组成的,不同的是,普通水中的氢原子化学符号是H,称之为“氢”(或“氕”),而重水中的氢原子化学符号是D,称之为“重氢”(或“氘”)。H和D之间的区别是什么呢?实际上,普通的氢原子H的原子核中只含有1个质子,而重氢原子D的原子核中多了一个中子,所以20℃时1mL轻水是0.9982克,而重水则是1.056克。另外,氢原子的第三种类型是T,称之为“超重氢”(或“氚”),也是原子核中多了2个中子。

从外观上看,重水和普通水没有任何区别,都是无色无味的液体,并且由于它们是同一种元素组成的物质,所以它们的化学性质非常接近,但要说一点区别都没有,说出来谁也不信。

在自然界中,重水的分布很不均匀,雪、雨水和地表水中重水的含量很少,每50吨的普通水中大约有7.5千克的重水,所以人们为了获得重水,普遍采用电解普通水的方法。由于重水不会被电解,所以电解液中重水的浓度就会越来越高,最终获得较纯的重水。只不过,这样制备的重水会消耗大量的电能,提炼1千克重水比熔炼1吨铝所需的电能还要多3倍。

那人们为什么还源源不断的电解水来制备重水呢?这是因为在现代原子能反应堆中,重水参与化学反应的速率比轻水要慢,是目前为止最好的中子减速剂,在制造核燃料过程发挥重要作用,并且重水更不容易吸收中子,可能让链式反应可持续。

重水有毒?

重水刚开始进入人们视野就和核反应堆联系在一起,虽然现在我们已经知道它危险性不大,但是当年很多人对它的第一印象就是极度危险的。

然而科学家的好奇心永无止尽,早在它被发现不久后就有人把重水喝了下去。

这个人就是乔治·赫维西(George Charles de Hevesy),名字可能对多数人比较陌生,但如果有人听说过用王水把诺贝尔奖金牌溶了的故事,也可以从中看出一点这位科学家的性情。但那是另外一个故事,和今天重水无关。言归正传,对喝重水这件事,我们首先考虑它的毒性。

重水虽然没有放射性,也并不是有毒物质,但是生物只需要普通的水。这就好像空气中的氮气无毒,但是吸入高浓度氮气会缺氧窒息一样,如果只喝重水,身体机能一定会出问题。

有关它的老鼠实验中就已经发现,重水能抑制细胞的分裂(重水的致死浓度为60%),导致需要快速新陈代谢的组织由于细胞大面积死亡而坏死,如发根或胃部黏膜会最先出现毛病。好消息可能是,本来快速增长的癌细胞也会出现生长减慢,不过减慢的程度对于癌症的治疗并没有太大帮助。

植物在浓度较高的重水环境中会逐渐枯萎

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

可以明确的是,目前通过正规途径买到的重水,在瓶身标签上基本都会标注有安全性警告,或者是“仅用于实验”等提醒,不建议任何人尝试饮用重水。

重水是甜的?

但理论是理论,喝一点点问题不大,所以后来也有无数人尝试过重水的味道。至于让这么多人“追热点”尝试重水的缘由,却有点奇怪——重水是不是甜的?

来源 | Popular Science报道节选

水为什么会有甜味呢?根据外国一位好奇博主的策划,他召集并设置了简单的盲测实验,被试者将依次品尝不同种类的水,每次三滴。为了排除无关因素,如重量带来的感官差异,他还花重金买了与重水分子量相同的重氧水(又称氧18水),结果几乎所有被试者都能区分出重水,并且分辨速度非常快。

来源丨Thunderf00t

在另一项味觉测试实验中,28名参与者中也有22名能准确区分出了重水,根据参与者的反馈,纯重水的甜味最显著,但整体味道偏轻,平均甜度为3.3±0.4。

甜度感知(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,第二个实验团队还进行了小鼠实验,结果却发现小鼠对蔗糖水有较强的偏好,但却对重水无感,甚至观察到小鼠表现出对重水的厌恶。

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

这就带来了一种猜测:重水能尝出甜味的原因可能来自于人类特有,而啮齿类生物没有的甜味受体。

来源 | Carmelo Tempra / IOCB Prague

进一步的实验证实,TAS1R2 / TAS1R3受体就是人类能尝出重水甜味的最终原因,并且后续的受体抑制剂实验也反向证明了这一点,不过仍没有找到确切的点位和作用机理,有待进一步研究和发现。

总之,这里有一个无用的小知识:当你面前有两杯水时,浅尝一口就能判断出哪杯是重水,但是珍爱生命,请远离重水!

评论
无限探索者
少师级
重水刚刚出现在人们的视野中就与核反应关联上了,很多人对它的第一印象就是极度危险,实际上并非如此。
2022-08-06
马文礼@
贡士级
每50吨的普通水中大约有7.5千克的重水。学习了!!!
2022-08-06
阿里巴巴
学士级
重水刚刚出现在人们的视野中就与核反应关联上了,很多人对它的第一印象就是极度危险,实际上并非如此。
2022-08-06