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天天實時：參與核反應(yīng)的重水也能喝？喝過的都說甜？

2022-08-06 20:45:04 來源：科普中國

北京理工大學(xué)講師，應(yīng)用化學(xué)博士水是什么？從初中接觸化學(xué)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(xué)家并不這么想。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？

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【資料圖】

它并不是需要什么特殊的壓強或其他環(huán)境條件，也并不是混合了什么其他的物質(zhì)，就是純純的、地道的水，但又有一點不一樣，它叫重水。

左側(cè)為重水冰塊，右側(cè)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(xué)符號是H，稱之為“氫”（或“氕”），而重水中的氫原子化學(xué)符號是D，稱之為“重氫”（或“氘”）。H和D之間的區(qū)別是什么呢？實際上，普通的氫原子H的原子核中只含有1個質(zhì)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。

從外觀上看，重水和普通水沒有任何區(qū)別，都是無色無味的液體，并且由于它們是同一種元素組成的物質(zhì)，所以它們的化學(xué)性質(zhì)非常接近，但要說一點區(qū)別都沒有，說出來誰也不信。

在自然界中，重水的分布很不均勻，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?yōu)榱双@得重水，普遍采用電解普通水的方法。由于重水不會被電解，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，這樣制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?yōu)槭裁催€源源不斷的電解水來制備重水呢？這是因為在現(xiàn)代原子能反應(yīng)堆中，重水參與化學(xué)反應(yīng)的速率比輕水要慢，是目前為止最好的中子減速劑，在制造核燃料過程發(fā)揮重要作用，并且重水更不容易吸收中子，可能讓鏈式反應(yīng)可持續(xù)。

重水有毒？

重水剛開始進入人們視野就和核反應(yīng)堆聯(lián)系在一起，雖然現(xiàn)在我們已經(jīng)知道它危險性不大，但是當(dāng)年很多人對它的第一印象就是極度危險的。

然而科學(xué)家的好奇心永無止盡，早在它被發(fā)現(xiàn)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(shù)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(xué)家的性情。但那是另外一個故事，和今天重水無關(guān)。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，也并不是有毒物質(zhì)，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(guān)它的老鼠實驗中就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，重水能抑制細胞的分裂（重水的致死濃度為60%），導(dǎo)致需要快速新陳代謝的組織由于細胞大面積死亡而壞死，如發(fā)根或胃部黏膜會最先出現(xiàn)毛病。好消息可能是，本來快速增長的癌細胞也會出現(xiàn)生長減慢，不過減慢的程度對于癌癥的治療并沒有太大幫助。

植物在濃度較高的重水環(huán)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(guī)途徑買到的重水，在瓶身標簽上基本都會標注有安全性警告，或者是“僅用于實驗”等提醒，不建議任何人嘗試飲用重水。

重水是甜的？

但理論是理論，喝一點點問題不大，所以后來也有無數(shù)人嘗試過重水的味道。至于讓這么多人“追熱點”嘗試重水的緣由，卻有點奇怪——重水是不是甜的？

來源 | Popular Science報道節(jié)選

水為什么會有甜味呢？根據(jù)外國一位好奇博主的策劃，他召集并設(shè)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(guān)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(jié)果幾乎所有被試者都能區(qū)分出重水，并且分辨速度非常快。

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(qū)分出了重水，根據(jù)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。

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(chǎn)生甜味的原因，第二個實驗團隊還進行了小鼠實驗，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)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(xiàn)出對重水的厭惡。

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于人類特有，而嚙齒類生物沒有的甜味受體。

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，并且后續(xù)的受體抑制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(fā)現(xiàn)。

總之，這里有一個無用的小知識：當(dāng)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！

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