超重水（超重水有什么用）

重水(人喝重水会怎样)19 23:56中小企业科技故事

世界上总会有一些奇怪的问题，比如重水到底能不能喝，它的味道是什么？

什么是重水？简单来说，就是分子中的氢被氘取代的水。原子在自然界中有三个兄弟，分别是氢-1、氢-2和氢-3，为方便起见，一般称为氘和氚。

三兄弟的区别主要在于原子核中中子的数量。氘是我们一般上下文中默认的氢，它由一个质子和一个电子组成，而氘比氘多一个中子和两个氚。

自然界中的氢绝大多数以氘的形式存在，相对丰度为99.9844%，而氘的丰度相对较低，约为0.0156%。至于氚，由于丰度小于0.001%，一般记录为痕量。

在最近的日本福岛核废水事件中，氚含量是需要讨论的关键问题。

氚具有放射性，β衰变半衰期为12.43年，衰变产物氦-3太轻，无法逃逸到宇宙中。氚在自然界中很少发现，一般认为是宇宙辐射与高层大气中的氢相互作用产生的。总量只有7.3斤左右。然而，自核技术诞生以来，人类产生的氚已经超过自然存量的5倍。

日本福岛100万吨核废水

虽然氘和氚的原子组成不同，但它们的化学性质差别很小。当它们与氧气反应时，它们都可以生成水，这被称为H2O、D2O(氧化氘)和T2O(氧化氚)。D2O和T2O通常被称为重水和超重水。

正因为三者的许多性质相同，氚也是核废水中最难分离去除的物质。含氚超重水的危害无需过多解释。放射性这个词已经被总结了很多。

然而，没有放射性的重水比超重水有趣得多。

因为重水的密度比水高10%，所以重水冰可以在水中沉到水底。

重水几乎随着氘的发现而为人所知。1931年，美国科学家哈罗德·克莱顿·尤里发现了氢的同位素氘，并于1934年获得诺贝尔化学奖。

1933年，尤里的导师吉尔伯特·牛顿·路易斯通过电解水生产出0.5毫升的重水，纯度为65.7%。

哈罗德·克莱顿·尤里

早期制造重水的方法是简单粗暴的电解水。从现象上看，水电解时阴极产生的氢中轻同位素比例较高，留在电解槽中的水中氘含量变高。

重水的电解原理涉及动力学同位素效应。虽然同位素的化学性质非常相似，但在反应速率和平衡常数方面存在差异。

反应速率的变化与核量子效应有关。简单来说，较重的同素异形体振动频率较低，在大多数情况下，需要更多的能量来破坏化学键。

然而，天然水中的氘并不总是以D2O的形式存在，而是更有可能以HDO(半重水)的形式存在。在电解重水的过程中，当HDO分子达到一定比例时，氢离子会在水分子之间交换，D2O的比例会变高。

电解制取重水的方法出现后，很快被应用于实践。1934年，也就是路易斯制造出高纯度重水的第二年，挪威建造了文莫克水力发电厂，利用丰富的水资源电解水制氢，生产硝酸盐肥料。

挪威文默克水电站

商机就藏在里面。生产肥料需要的是电解水产生的氢气，而留在电解槽里的是重水。虽然实际情况没有那么简单粗暴，但方向是正确的。

果不其然，制氢厂分析电解残渣，发现氘氢比为1:48，远高于天然的1: 6400。虽然大部分是HDO半重水形式，但它们也非常有价值。

因此，挪威水电公司接受了氢气厂负责人提出的用电解液副产品制备重水的建议。虽然这一过程需要大量级联电解室，消耗大量电力，但这并不妨碍挪威水电公司成为第一家向科学界供应重水的制造商。

挪威制造的安瓿装重水

然而，重水的故事才刚刚开始。1938年末，德国人发现铀的中子轰击可以引起核裂变，1939年末，苏联人得出结论，重水和石墨是铀反应堆唯一可行的慢化剂，铀反应堆需要约15吨重水。

重水之所以成为战略物质，是因为它可以减缓链式核反应产生的中子，各国都非常重视。从1940年到第二次世界大战，挪威的重水工厂都在纳粹德国的控制之下，几乎所有的重水都被大量购买。

为了阻止纳粹的核研究，盟军对重水工厂发动了一系列的突袭和破坏行动，为世界做出了一定的贡献。当然，从后知后觉的角度来看，挪威的重水工厂即使马力十足，也很难生产出足够反应堆运行的重水。

盟军越过多山的高原，摧毁了纳粹控制下的重水工厂。

总之，重水一出现在人们的视野中就与核反应联系在一起，以至于很多人对它的第一印象是极其危险的，实际上并非如此。

当时，科学家的好奇心是无穷无尽的。早在发现氘的时候，就有人已经喝过重水了。

乔治·赫维西和氘的发现者尤里是好朋友。1934年，赫维西让尤里去取几升重水。当然纯度也不是特别高，只有0.6%。

赫维西喝了很多水。目的是用氘作为示踪剂研究水在人体内的代谢。最后得出水分子在人体内的平均停留时间为13±1.5天。

什么事？不信？

这不是传说。赫维西是示踪剂研究的先驱，因为这项研究获得了1943年的诺贝尔化学奖。后来纳粹占领丹麦，他用王水溶解诺贝尔奖。如果你感兴趣，你可以单独讲述你哥哥的故事。

总之，大家一直很好奇喝重水，首先是它的毒性。

可以明确的是，我们现在通过合法渠道购买的高纯度重水(氧化氘)，很大概率会在容器的标签上写有安全警示，或者只用于实验等提醒。不建议任何人在这里尝试喝重水。

首先，对于大多数天然同位素来说，它们的差异太小，无法产生生物效应。氢气很特别。虽然氘比氘多了一个中子，但它的原子量却增加了一倍。而且，水是地球上生命非常重要的溶剂，化学性质的一些细微差别可能会对生命产生影响。

目前，在单细胞生物、绿色植物、昆虫、鸟类、小鼠和其他生物中可以观察到一些已知的效应，包括昼夜节律周期的延长。

更重要的是对生物体内重要化学反应的影响。因为重水的氢键更强，很多依赖氢键的生化反应都会受到影响。植物会在高浓度的重水环境中死亡。小鼠、大鼠和狗等动物如果体内D2O达到25%以上就会不育，而鱼类在90%以上的重水环境中会迅速死亡。

哺乳动物在被喂以重水一周后会死亡。此时，他们体内大约50%的水已经被D2O所取代，因为氘会抑制细胞分裂。

喝重水听起来很可怕，但是人类几乎不可能接触到这么大量的重水，除了那些为了研究而饲养的动物。

而且，氘作为一种天然的氢同位素，在人体内也含有一定量的氘。以50公斤体重计算，一个人体大约含有32公斤水，其中约1.1克氘相当于5.5克纯重水。

但一般认为人体25%~50%的水分会被D2O替代，很可能产生毒性。显然，这种情况几乎是不可能的，也没有必要敞开心扉去构思一个“重水谋杀案”。以今天重水纯银的价格，不说出来，自己算算。

虽然理论上不建议任何人喝重水，但事实上，无数人公开或私下都喝过重水。原因很奇怪，因为大家都好奇重水到底甜不甜。

虽然在早期，例如氘的发现者尤里本人和挪威的克劳斯·汉森教授在尝试了重水之后，得出了不同的答案。前者认为重水和普通水没什么区别，后者认为重水有点辣。

这些可能是由于制备重水的技术不成熟、纯度不足和杂质造成的。但是今天我们可以买到纯度99.98%的重水，很多偷禁水的人都说“有点甜”。

说也奇怪，水怎么会甜呢？根据YouTube Thunderf00t频道的实验，他设计了一个简单的盲测实验，受试者一次只用三滴就能品尝到不同种类的水。

为了消除可能由分子量引起的差异，他还花了很多钱得到了重氧水，也就是氢和氧-18生成的水，分子量为20，相当于重水。

结果几乎所有受试者都能够区分重水和三种水(普通水、重水和重氧水)，仅仅依靠三滴并且非常迅速，可以说是相当明显。

Thunderf00t频道的主人是菲尔·梅森，他也是以下研究的作者之一。他的主要贡献是蒸馏和净化重水。你可以在参考书中找到他。

在娜塔莉·本·阿布领导的另一项实验中，28名参与者中有22人在张开鼻子的味觉测试中准确区分了重水。根据他们的主观反馈，纯重水的甜度显著但轻微，平均甜度为3.3±0.4(1无感觉，3轻微，5中等，7非常，9极甜)。

为了进一步研究重水甜味的原因，他们的团队还做了一个老鼠实验，但实验的结果有些出乎意料。众所周知，老鼠对蔗糖水有强烈的偏好，但对重水没有偏好。其他长期喂食实验甚至观察到老鼠对重水表现出厌恶。

也就是说，老鼠可能尝不出重水的甜味，但它们也可能通过其他特征来区分重水。一种猜测是老鼠喝了大量的水后感到不适。毕竟它们体积小，重水的影响更为显著。

然而，这也带来了研究的方向。重水甜味的原因来自于人类独有但在啮齿动物中没有发现的甜味受体，后来被鉴定为TAS1R2/TAS1R3受体。

进一步的实验也证明了重水的甜味来源是通过甜味抑制剂作用于TAS1R2/ TAS1R3受体。但是实验仍然没有找到确切的位置和作用机制，但是可以证实，由于核量子效应，D2O的氢键更强，所以D2O蛋白质的刚性和密度更强，这可能是我们感受到甜味的原因。

所谓“量子力学”，其实就是在你优柔寡断的时候，可以喝一口水让自己平静下来，用你的TAS1R2/TAS1R3受体感受3200%的快乐。