什麽(me) 是重水？簡單來說就是分子中的氫被替換為(wei) 氘的水。氫原子在自然界有三兄弟，分別是氫-1、氫-2、氫-3，為(wei) 了方便一般叫它們(men) 氕氘氚。

　　這三兄弟的差別主要在於(yu) 原子核的中子數量，氕就是我們(men) 一般語境中默認的氫，由一個(ge) 質子和一個(ge) 電子組成，而氘要比氕多一個(ge) 中子，氚則多兩(liang) 個(ge) 。

　　自然界中絕大多數氫都是以氕的形式存在，相對豐(feng) 度達到99.9844%，而氘的豐(feng) 度相對較低，約0.0156%，至於(yu) 氚，由於(yu) 豐(feng) 度低於(yu) 0.001%，一般記為(wei) 痕量。

　　最近日本福島的核廢水事件中，氚的含量就是重點討論的問題。

　　氚具有放射性，發生β衰變，半衰期為(wei) 12.43年，衰變產(chan) 物氦-3太輕會(hui) 逃逸到宇宙中。氚在自然界中含量極少，一般認為(wei) 是宇宙輻射與(yu) 上層大氣中的氫相互作用產(chan) 生，總量大概隻有7.3千克，而自核技術誕生以來，人類製造出的氚已經超過了自然存量的5倍。

　日本福島百萬(wan) 噸的核廢水

　　氕氘氚三兄弟雖然在原子組成上有所不同，但是它們(men) 的化學性質差距卻微乎其微，三者與(yu) 氧反應都能生成水，稱為(wei) H2O、D2O（Deuterium oxide）和T2O（Tritium oxide），D2O和T2O俗稱重水和超重水。

　　也正因為(wei) 三者的很多性質都一樣，氚也是核廢水中最難分離去除的物質。含有氚的超重水有什麽(me) 危害自然不必過多解釋，放射性三個(ge) 字已經概括了很多。

　　不過，沒有放射性的重水要比超重水有意思得多。

由於(yu) 重水密度比水大10%，重水冰塊能在水中沉底

　　重水幾乎是伴隨著氘的發現而被人所知的，1931年美國科學家哈羅德·克萊頓·尤裏（Harold Clayton Urey）發現了氫的同位素氘，之後他也因此獲得了1934年的諾貝爾化學獎。

　　1933年，尤裏的導師吉爾伯特·牛頓·路易斯（Gilbert Newton Lewis）通過電解水的方式製得了0.5毫升重水，純度為(wei) 65.7%。

　哈羅德·克萊頓·尤裏

　　早年間製取重水的方法就是簡單粗暴的電解水，從(cong) 現象上來看，電解水時陰極產(chan) 生的氫氣中所含輕同位素的比例更高一些，留在電解池內(nei) 的水中氘的含量就變高了。

　　電解法製重水的原理涉及動力學同位素效應，同位素之間雖然化學性質極為(wei) 相近，但在反應速率上有差異，平衡常數也不同。

　　反應速率的變化與(yu) 核量子效應有關(guan) ，簡單來說是由於(yu) 較重的同質異形體(ti) 擁有更低的震動頻率，在大多數情況下需要更多的能量才能使化學鍵斷裂。

　　不過，天然水中的氘並不一定都以D2O的形式存在，更大概率是以HDO（半重水）的形式存在。在電解法製重水的過程中，當HDO分子達到一定比例後，水分子間還會(hui) 發生交換氫離子的現象，D2O的比例變得更高。

　　當電解製取重水的方法出現後，很快就被應用到實際中。就在路易斯製得高純度重水的次年，1934年，挪威建起了Venmork水力發電廠，利用豐(feng) 富的水力資源來電解水製氫，用於(yu) 生產(chan) 硝酸鹽化肥。

　挪威Venmork水力發電廠

　　商機就藏在其中，生產(chan) 化肥需要的是電解水產(chan) 生的氫氣，而留在電解池裏的不就是重水嗎？雖然實際的情況沒有那麽(me) 簡單粗暴，但方向是正確的。

　　果不其然，製氫廠對電解的殘留物進行分析，發現當中氘與(yu) 氫（氕）的比例為(wei) 1：48，遠遠高於(yu) 天然的1：6400，雖然大多數是以HDO半重水的形式存在，但也極具價(jia) 值。

　　於(yu) 是挪威水電公司接受了製氫廠負責人提出的建議，從(cong) 電解液的副產(chan) 物中製取重水，雖然過程需要大量聯級電解室和消耗大量電力，但這並不妨礙挪威水電公司成為(wei) 最早向科學界供應重水的廠商。

　挪威產(chan) 安瓿裝重水

　　然而，重水的故事才剛剛開始。德國人在1938年末發現了中子轟擊鈾能引發核裂變，蘇聯人在1939年末得出結論，重水和石墨是鈾反應堆的僅(jin) 有的可行緩和劑，反應堆需要大約15噸重水。

　　重水因為(wei) 能夠使鏈式核反應產(chan) 生的中子減速而成為(wei) 了戰略級的物質，各國都極其重視。1940年到二戰期間，挪威的重水工廠一直處於(yu) 納粹德國的控製之下，並大量采購幾乎所有的重水。

　　為(wei) 了阻止納粹的核研究，盟軍(jun) 發動了一係列針對重水工廠的突襲破壞行動，為(wei) 世界做出了一定的貢獻，當然從(cong) 馬後炮的角度來看，當時挪威重水工廠即便馬力全開也很難產(chan) 出足夠反應堆運行的重水。

　盟軍(jun) 穿越山地高原摧毀納粹控製下的重水工廠

　　總之，重水剛剛出現在人們(men) 的視野中就與(yu) 核反應關(guan) 聯上了，以至於(yu) 很多人對它的第一印象就是極度危險，實際上並非如此。

　　那個(ge) 年代科學家的好奇心的是無窮的，早在氘被發現後不久就已經有人把重水喝下了肚。

　　喬(qiao) 治·赫維西（GeorgeCharles de Hevesy）和氘的發現者尤裏是好朋友，1934年赫維西找尤裏搞來了幾升重水，當然純度不是特別高，隻有0.6%。

　　赫維西把這些重水喝掉了，目的是將氘作為(wei) 示蹤劑來研究人體(ti) 對水的代謝，最終得出結論，水分子在人體(ti) 內(nei) 平均停留時間為(wei) 13±1.5天。

咋？不信嗎？

　　這不是傳(chuan) 說，赫維西是示蹤劑研究的先驅，因為(wei) 這方麵的研究獲得了1943年的諾貝爾化學獎，後來在納粹占領丹麥時，他用王水把諾獎金牌溶了，大家感興(xing) 趣的話可以單獨講講老哥的故事。

　　總之，大家一直都對喝重水這件事非常好奇，首先是它是的毒性。

　　可以明確的一點是，現在我們(men) 通過合法途徑購買(mai) 到的高純度重水（氧化氘），在容器的標簽上大概率會(hui) 寫(xie) 有安全性警告，或者是僅(jin) 用於(yu) 實驗等提醒，這裏不建議任何人嚐試飲用重水。

　　首先，對於(yu) 大多數天然同位素而言，它們(men) 的差異太小，以至於(yu) 幾乎無法產(chan) 生生物學效應。氫算是比較特殊的，氘雖然之比氕多了一個(ge) 中子，但原子量已經翻倍，更何況水是地球生物非常重要的溶劑，一些細微的化學性質差異就可能會(hui) 對生物體(ti) 產(chan) 生影響。

　　目前已知的一些影響，包括對晝夜節律周期變長，現象可以在單細胞生物、綠色植物、昆蟲、鳥類、小鼠等生物中觀察到。

　　更重要的是對生物體(ti) 內(nei) 重要化學反應的影響，由於(yu) 重水的氫鍵更強，很多依靠氫鍵的生化反應會(hui) 被影響。植物在高濃度重水的環境下會(hui) 死亡，動物如小鼠、大鼠和狗，在體(ti) 內(nei) D2O達到25%以上會(hui) 不育，魚類在90%以上的重水中會(hui) 迅速死亡。

　　哺乳動物被投喂重水後約一周後會(hui) 死亡，此時它們(men) 體(ti) 內(nei) 的水有50%左右已經被替換為(wei) D2O，原因為(wei) 氘抑製細胞分裂。

　　聽起來喝重水還是一件挺可怕的事，不過除了那些為(wei) 了研究而被飼養(yang) 的動物外，人類幾乎不可能會(hui) 接觸到如此大量的重水。

　　而且，氘作為(wei) 天然的氫同位素，人體(ti) 中也含有一定量的氘，以50千克體(ti) 重算，一個(ge) 人體(ti) 內(nei) 約含有32千克的水，其中約有1.1克的氘，換算過來相當於(yu) 5.5克的純重水。

　　而一般認為(wei) 人體(ti) 內(nei) 的水要有一般有25%~50%被替換為(wei) D2O才有可能產(chan) 生毒性，顯然這種情況幾乎不可能出現，也不用腦洞大開構思一個(ge) “重水殺人案”，以今天重水與(yu) 純銀相當的價(jia) 格來看，不說了，你們(men) 自己算。

　　盡管理論上不建議任何人飲用重水，實際上還是有無數人或公開或非公開地喝過重水，原因說起來很離奇，因為(wei) 大家都好奇重水究竟是不是甜的。

　　雖然早期，比如氘的發現者尤裏本人，以及挪威克勞斯  漢森教授在嚐試重水後得出了不太統一的答案，前者認為(wei) 重水和普通水無異，後者認為(wei) 重水有點辣嘴。

　　這些有可能是當時製備重水技術不成熟，純度不足以及含有雜質等因素造成的。但到了今天，我們(men) 可以在購買(mai) 到純度達到99.98%的重水，有很多偷嚐禁水的人都表示“有點甜”。

　　說起來非常奇怪，水怎麽(me) 會(hui) 有甜味呢？根據YouTube Thunderf00t頻道的實驗，他設計了簡單的盲測實驗，被試者將會(hui) 品嚐不同的水，每次僅(jin) 有三滴。

　　為(wei) 了排除可能因分子量帶來的差異，他還花重金搞來了重氧水，即氫與(yu) 氧-18生成的水，分子量為(wei) 20，與(yu) 重水相當。

　　結果幾乎所有被試者都能在三種水（普通水、重水、重氧水）中區分出重水，隻靠三滴並且非常迅速，可以說比較明顯。

Thunderf00t的頻道主是Phil Mason，他也是下文研究中的作者之一，主要貢獻是提供蒸餾提純的高純度重水

　　在另一項由娜塔莉·本·阿布主導的實驗中，28名參與(yu) 者在開鼻式味覺測試中有22名準確區分出了重水，根據他們(men) 的主觀反饋，純重水的甜味顯著，但比較輕微，平均甜度為(wei) 3.3±0.4（1無感，3輕微，5中等，7非常，9齁甜）。

　　為(wei) 了進一步研究重水產(chan) 生甜味的原因，他們(men) 團隊還做了小鼠實驗，但是實驗的結果有些出人意料。已知小鼠對蔗糖水有較強的偏好，但卻對重水沒有偏好，其他的長期喂養(yang) 實驗甚至觀察到小鼠表現出對重水的厭惡。

　　也就是說，小鼠可能嚐不出重水的甜味，但也可能通過其他特征分辨出重水，一種猜測是喝下重水後小鼠的身體(ti) 出現了不適，畢竟它們(men) 體(ti) 型小，重水帶來的影響更為(wei) 顯著。

　　不過，這也給研究帶來了方向，重水產(chan) 生甜味的原因來自於(yu) 人類特有而齧齒類沒有的甜味受體(ti) ，後確定為(wei) TAS1R2 / TAS1R3受體(ti) 。

　　進一步的實驗通過作用於(yu) TAS1R2/ TAS1R3受體(ti) 的甜味抑製劑也證明了重水甜味的來源。不過實驗仍沒有找到確切的點位和作用機理，但可以確定是由於(yu) 核量子效應，D2O的氫鍵更強，因此蛋白質在D2O中剛性和致密性也更強，這或許是我們(men) 感受到甜味的原因。

　　正所謂“遇事不決(jue) ，量子力學“，其實真正的含義(yi) 是讓你舉(ju) 棋不定的時候喝一口水冷靜冷靜，用你的TAS1R2 / TAS1R3受體(ti) 感受那3200分之一的回甘。

　　最後，恭喜你看完本文，收獲了一條無用星空体育官网入口网站：當你麵前的兩(liang) 杯水中有一杯是重水，辨別它們(men) 的最快方法就是——喝一口（誤）。

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