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重水是水么?重水可以(日常)饮用吗?

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关于重水是不是水已经有人科普了,我就先讲讲重水的有趣故事吧。

话说1931年美国化学家尤瑞发现了氢的同位素氘,他的老师刘易斯两年后通过电解法制得了重水。这个消息迅速传到一个蜗居在曼彻斯特小房子的匈牙利科学家赫维西的耳朵里,他灵机一动,计上心来。原来,他的女房东对他非常不“友好”,经常催缴房租。赫维西正好想研究重水对生物体的影响,就去实验室里搞了一些重水,加到女房东的饮用水里,又想办法搞到了女房东的尿液,经过检验,他得出结论,水分子在人体内循环一周要花费9天时间。

年轻的赫维西

这个故事当然是胡诌了,伟大的科学家不会做如此不人道的实验。但其中的方法是“科学”的,这叫做“同位素示踪法”。

早在1913年,赫维西和莫塞莱一起在曼彻斯特工作,他们一起研究出X射线衍射法。有一天他们在一起喝茶,赫维西看着杯中的茶水脑洞大开,跟莫塞莱说到:“你想过我们能决定这杯茶里水分子的命运吗?”莫塞莱认为这太异想天开了,根本没放在心上,两年后,莫塞莱在对土耳其的战争中牺牲,年仅27岁。

在实验室里的莫塞莱

(对莫塞莱感兴趣的请看下贴)

而赫维西没有放弃他的脑洞,之后的几年里,他用蚕豆等植物做了很多实验,用少量放射性同位素取代部分稳定的同位素,通过追踪体内的化学物质,研究动植物的代谢过程。

1923年,Hevesy发表了一篇论文,其中提到他利用天然放射性同位素铅212作为放射性示踪剂,跟踪营养物质在蚕豆的根、茎、叶内是如何吸收和迁移,这项研究让他获得了1943年诺贝尔化学奖。

而赫维西女房东的故事也确实有其来历。真实的情况是,赫维西发现不“友好”的女房东疑似将剩菜掺在赫维西的食物里,但没有实据。有一天,他将一滴放射性物质的溶液滴入自己的剩菜里,第二天再用盖革计数器检测房东提供给自己的食物,果然在其中发现了示踪剂的存在。女房东还想狡辩,赫维西带着女房东一路检测了她家厨房的绞肉机,锅碗瓢盆,再到餐桌,在证据面前,女房东大惊:“这是魔法!!!”

你看看,糊弄科学家可没有好下场!

赫维西和铪元素(Hf)的故事错失诺奖,而他跟女房东的故事经常被恶搞

赫维西和重水的故事也存在着,真实的情况是这样的:

1933年前后,发现氘的尤里给了赫维西几升0.6%的重水,当时赫维西整天和霍菲尔一起饮酒作乐,一天他们酒喝上头之后,想起用重水来实验,于是每人喝了150毫升。之后发现量喝少了不足为信,又每人喝了250毫升。最后发现这仍不能取得实验的准确性,又每人喝了2000毫升。

他们就是通过这样的方法证明了两点:

1,人体中的水大约有43升;

2,水分子在人体内循环一周要花费9天时间。

你看看,科学家都是用命在做实验呢……

从左到右,玻尔、弗兰克、赫维西

赫维西并没有因为饮用如此多的重水而对健康有消极影响,他活了80岁,最终在1966年去世。

赫维西之墓

(对赫维西和化学元素的故事感兴趣的可看下帖)

回过头来,重水究竟能不能喝呢?赫维西长寿的故事能说明重水无害吗?

我们还得继续说说赫维西他那得意的“同位素示踪法”,这种方法的理论基础就是,同种元素的放射性同位素组成的分子和原来的化学性质一样。所以,这些示踪剂才能按照我们熟悉的化学反应路线进入生物体。比如,在我的《元素家族》里面,我们曾经提到过用一头猪证明的新元素——砹。

需要指出的是,氢是最轻的元素,原子量为1,而氘的原子质量是普通氢的两倍,因此重水和水的差异比其他任何同位素取代物都要大,这种差异增加了水的氢氧键的强度。由于水是生命之源,在生命体内几乎无处不在,参与的反应数不计数,所以重水对生物特性的影响就尤其大了。

重水与普通水的区别,大家应该都懂

比如,重水是唯一一种已知的影响昼夜节律振荡周期的化学物质,持续地增加生物节律的长度。这种效应在单细胞生物、绿色植物、等足类动物、昆虫、鸟类、老鼠和仓鼠身上都能看到。关于这种现象,至今仍未得到合理解释。

也许,在星际时代,重水可以帮助我们去适应其他星球的时差。

重水为何影响生物节律,无人知晓

另外还发现,重水可抑制种子发芽,因为重水可以抑制细胞分裂。如果重水浓度超过50%,多数植物就会死亡。

在小鼠、大鼠和狗身上进行的实验表明,25%的重水会导致永久性的不育。高浓度的重水(90%)能迅速杀死鱼类、蝌蚪和果蝇。还有人用老鼠做实验,在饮用了一周重水之后死亡,这时检测一下老鼠体内的重水浓度,发现竟高达50%!

也有一些实验表明,一些细菌在98%浓度的重水里,仍然可以存活。

重水还是有毒性的

当然,还是那句话,脱离剂量谈毒性,都是耍流氓。在天然水中,重水大约占6400分之一,也就是说,我们每天喝的都是极其低浓度的重水。更何况,在成人体内就有约5克重水。

需要指出的是,重水中纯的氧化氘本身没有放射性,但因为难免掺杂了一些氚,所以较弱的放射性难免存在。重水的毒性主要还是来自于它在化学方面的活性。

对重水毒性的研究表明,需要服用大剂量的重水,将人体内25-50%的水都替换成重水,才可能导致中毒。所以赫维西他们的人体实验当然是无害的咯。

话说回来,所以如果想要饮用重水自杀,应该是一种炫富的方法!(一升纯重水680美元)



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