重水是什么(重水有毒吗)

水应该是大家最熟悉的物质。每个人每天都需要摄入一定量的水来维持身体的新陈代谢。

人有胖有瘦，但你知道体重和水分也是有区别的吗？只听说要“多喝热水”。什么是重水？重水和普通水有什么区别？喝重水会中毒吗？

重水样品

重水的“重量”在哪里？提到重水，人们往往会联想到核电站。没错，重水确实是核电站常用的中子慢化剂，但它没有辐射，外观和普通水几乎一模一样。

重水和普通水都是由氢和氧组成的。普通水分子的相对分子质量是18，而重水分子的相对分子质量是20。重水的“重量”在哪里？问题出在氢气上。

水分子的结构

氢是一个统称。自然界中有三种氢，即氘、氚，它们互为同位素。

这三兄弟非常相似，都含有一个质子和一个核外电子。两者最大的区别在于质量，质量最小的是氘，其次是氚，最重的是氚。

它们质量不同的原因是它们的原子核不同。原子核里只有一个质子，没有中子。氘由一个质子和一个中子组成，而最重的氚核有一个质子和两个中子。

普通氢原子及其同位素

日常生活中的普通水由两个氘原子和一个氧原子组成，而核电站使用的重水由两个氘原子和一个氧原子组成。所以重水其实是“重”在氢上的。

此外，两个氚原子也可以与一个氧原子结合形成更重的水分子。我们称之为超重水，具有放射性。

重水能喝吗？有没有毒？

要回答重水是否有毒，首先要知道什么是“有毒”，中毒过程中人体发生了哪些变化。

常见的有毒化学物质进入体内后，可与机体发生一系列生化反应，干扰或破坏机体正常的生理功能，引起暂时性或持续性的病理状态，甚至危及生命。

此外，有些物质会与人体产生更复杂的作用，引起中毒。

当然，剂量也是一个重要因素。一些看似无害的物质如盐、糖，甚至纯净水，如果摄入过多就会中毒。

历史上的人真的试过喝重水(请不要模仿)

我们来仔细讨论一下重水到底有没有毒性。首先，重水本身不会向外辐射射线，自然不会通过电离辐射对人体造成伤害，这就排除了辐射带来的毒性。

仅从化学反应导致中毒的角度来看，如果重水和普通水的化学性质足够相似，那么它在人体内所能发生的化学反应理论上和普通水是一样的，应该和水一样无害。

如果重水的化学性质与普通水不同，那么这种不同很可能就是重水的毒性。

在这一点上，有些化学天才可能要抢着回答了:氘和氘只有一个中子之差，原子核外的电子数一模一样，各自与氧结合形成的水分子的电子数和分布也几乎一样。

化学老师肯定说过，电子结构往往决定化学性质，所以重水的化学性质应该和水一样，所以重水的毒性和水差不多，只有非常大量的消耗才是有害的。

水分子的电子分布与重水分子几乎相同，颜色越红，电子密度越高。

电子结构决定化学性质，重水分子和水分子的电子结构确实非常相似。一切看起来都那么合理，但下面的实验给出了不同的答案。

一些实验者用重水喂养老鼠。一段时间后，老鼠体内的水逐渐被重水取代。

当血浆中重水的含量达到20%时，小鼠的皮肤炎症和尾部坏死就会开始出现。达到30%时，小鼠出现痉挛、嗜睡、拒食等症状。当达到35%以上时，老鼠开始陆续死亡。

除了老鼠，其他动物和一些植物也不能在重水上生存。根据体内重水的浓度不同，会出现不同程度的中毒症状，甚至死亡。

老鼠:这水有毒！

所有这些实验都指向一个结论:重水和水的化学性质并不完全相同。

化学老师错了吗？除了电子结构，还有什么影响物质在黑暗中的化学性质？恐怕我们得从小弹簧开始。

每个分子都在不停地振动，水分子也不例外。组成水分子的氢原子和氧原子之间似乎有一条看不见的弹簧，不断拉伸往复。

我们把不同重量的球分别绑在两个相同的弹簧上，把弹簧拉开，快速放开，这样球就可以振动了。

你会发现较重的球振动频率较慢，而较轻的球振动频率较快。

Up:球的质量小，振动频率快；底部:球的质量大，振动频率慢；这两个弹簧是一样的。

水分子中也有类似的现象。普通水分子中的水像一个较轻的球，基态振动频率较高；重水分子中的氘就像那个重球，它的基态振动频率更低。

在原子世界里，频率和能量密切相关，频率越高，能量越大。这意味着普通水分子的基态能量高于特定水分子的基态能量。

化学反应可以看作是分解分子并把它们重新组装成新分子的过程。只有足够能量的聚合物才能被拆解。

这意味着自能较高的分子更容易分裂参与化学反应，反应速度更快，而自能较低的分子更难反应。

化学反应需要克服一定的能量才能发生，初始能量高的分子更容易发生反应。

所以与普通水相比，重水更难发生化学反应，即使发生，速率也比普通水低很多，这是重水与普通水在化学上最大的区别。

据统计，对于有氢原子转移的化学反应，普通水的反应速率大约是重水的5-6倍。这种现象也被称为同位素分馏。

就像一场爬楼梯比赛，目标是爬到10楼。一人从3楼开始，一人从1楼开始。显然，第一个人很容易达到目的。

利用这一特性，人们发明了通过电解来净化重水的方法。

当水通电时，水会分解成氢气和氧气。因为水比特定的水反应快，所以水会先被电解消耗掉，反应前剩下的就是重水。

那么问题来了，反应速度和难度的差距会对人体产生什么影响？

你知道，水对人来说是最重要的物质之一。人体内每时每刻都在发生无数的生化反应，其中大部分反应都需要水的参与，并且往往伴随着氢原子的转移。

人体内的大部分生化反应都需要水的参与和氢原子的转移。

如果把水换成重水，一些生化反应可能会变慢，甚至慢到停滞，使人体正常的生理活动难以维持，进而出现中毒症状。这就是重水导致中毒的原理。

但是我们每天喝的水本身含有少量的重水，人体自然含有4毫升左右的重水，不会影响我们的健康。

但是，当饮用足够的重水时，很可能会对健康造成严重危害。

说到这里，你是不是灵光一现！既然重水可以抑制生理活动，那么我们是否可以用重水来阻碍一种不应该出现在人体内的异常生理活动，也就是癌细胞的分裂？

细胞内正常的生化反应都可以被重水抑制，所以作为最旺盛、最分裂的癌细胞，自然首当其冲。

聪明的科学家也想到了这一点，尝试用重水抑制癌细胞分裂和病毒失活。目前相关研究仍在进行中，仍是一个大胆的猜想，尚未应用于临床。

读到这里，你对重水、同位素和化学反应有新的认识吗？出乎意料的是，重水毒性之谜与常见的小泉有着微妙的联系。

就像科学一样，一些显而易见的结论不一定正确，而一些令人困惑的现象背后往往有非常简单的原理。