喝下重水會怎麼樣?

  • 重水結成的冰具有較大密度,會沉於一般水中

水是我們賴以生存的重要物質,大眾對於水的化學式 H2O 應該都不陌生。不過你想過,水不只有 H2O 一種嗎?

自然界有許多同位素──同種類的原子,卻有不同的中子數量。比如氫原子的同位素就有三種 : 氫(亦寫作氕,元素符號為 H)、氘(元素符號為 D)、氚(元素符號為 T),如下圖。

(A) 氫的同位素原子氫(氕)/氘/氚 (B)重水以及一般水 [1]

如果今天我們用同位素氘(D)來取代水的氫原子,便會得到化學式為 D2O 的水,稱為重水(Heavy water)。重水在自然界中本身就存在,但含量不到萬分之二; 一般商業上量產都是採用電解法將其濃縮成高濃度的重水

其中氘原子量為氫的兩倍,組成的水重量會比一般水重,密度自然也較大,不過氘本身不具有放射性(部分種類的同位素有放射性)。

那麼,重水喝下去有什麼影響?重水能喝嗎?

雖然這問題很有趣,學界也十分好奇,但我們總不能為了知道答案就找個人來試喝,畢竟攸關人命茲事體大。因此有團隊以動植物進行了重水的生物實驗,看看會有什麼反應。

重水對植物以及動物的影響

如果我們以不同含量比例的重水來培養植物,並觀察其成長狀況,就能很清楚的了解重水對植物帶來的影響了。實驗結果發現重水的含量愈高,植物生長會明顯放慢,而重水的比例超過一半時,植物甚至會死亡 。

植物在不同重水比例含量下的成長情形 [2]

那麼動物呢?在老鼠實驗當中,當老鼠攝入的重水濃度達 25%時會導致不孕。若連續數天只喝重水,使體內重水的含量達到 50% 時,需要快速細胞增生的組織(如髮根及胃膜)會最先出現毛病,其餘組織病變也隨著濃度加高越來越多。直到高達 90% 時,老鼠便會快速死亡。

可見,重水對動植物都有負面影響,尤其是生長方面。

如果人類真的喝了重水會……?

水占了我們身體 70% 以上的重量比,人體的細胞、組織、器官、系統都有水的成分,水扮演極重要角色。如果喝進少量重水,不太會影響身體的運作機能;但是在量大的時候,會最先影響新增生的細胞。

重水以氘元素取代氫形成 D2O 之後,分子間的作用力也會隨之改變,比起 H2O 增強許多(D2有較強的氫鍵效應),對生物體的化學作用力自然不同。第一個影響的是酵素。人的身體內充滿酵素(蛋白質),每一種酵素有其功用,若重水充滿體內,便會改變酵素活性,使體內很多基本的反應中斷而漸漸的失常。另一個影響的是 DNA。DNA 也是由氫鍵組成的穩定結構,研究顯示,重水的存在會影響細胞分裂或有絲分裂的過程,也就是細胞的複製與增生。這種傷害與輻射相似,都是改變細胞本質,影響都可能擴及全身。

不過別太擔心,要影響有絲分裂,體內的重水濃度要達到 25%~50% 左右才行。而且,其實我們每天都會攝取到微量的重水,自然界的水中,每一公升就含有 0.29 克的重水。

參考文獻

  1. Heavy Water Ice Cubes Do Not Float. mathscinotes. 2014/2/23
  2. Koch, Steven et. al. The biophysical effects of deuterium oxide on biomolecules and living cells through open notebook science.The University of New Mexico  Digital Repository. 2013/5/9
  • 文字編輯/翁郁涵

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關於作者

李赫

中央大學理學博士。為熱愛傳播知識與吸收知識的 作家/教育/研究學者。 對於居家設計與生活時尚亦有高度興趣 (FB作者專頁)。

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