Kann man schweres Wasser, das bei Kernreaktionen verwendet wird, trinken? Alle, die es getrunken haben, sagen, es sei süß?

Rezensent: Gan Qiang

Dozent am Beijing Institute of Technology, PhD in Angewandter Chemie. Was ist Wasser? Seit wir in der Mittelschule mit Chemie in Berührung gekommen sind, ist uns die Vorstellung eingeimpft worden, dass Wasser H2O ist. Daher mag dies wie eine wirklich dumme Frage erscheinen, aber Chemiker denken anders.

Jeder weiß, dass Eis bei 0 °C schmilzt, aber glauben Sie, dass es eine Eisart gibt, die erst bei Temperaturen über 3,8 °C schmilzt? Es erfordert keinen besonderen Druck oder andere Umgebungsbedingungen und wird auch nicht mit anderen Substanzen vermischt. Es ist einfach reines, authentisches Wasser, aber es ist ein wenig anders. Es wird schweres Wasser genannt.

Die linke Seite ist schweres Wassereis und die rechte Seite ist gewöhnliches Eis

Was macht schweres Wasser schwer?

Einfach ausgedrückt ist schweres Wasser lediglich dichter als normales Wasser (das wir „leichtes Wasser“ nennen). Auf mikroskopischer Ebene bestehen sowohl gewöhnliche als auch schwere Wassermoleküle aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Der Unterschied besteht darin, dass das chemische Symbol des Wasserstoffatoms in normalem Wasser H ist, was als „Wasserstoff“ (oder „Protium“) bezeichnet wird, während das chemische Symbol des Wasserstoffatoms in schwerem Wasser D ist, was als „schwerer Wasserstoff“ (oder „Deuterium“) bezeichnet wird. Was ist der Unterschied zwischen H und D? Tatsächlich enthält der Kern eines gewöhnlichen Wasserstoffatoms H nur ein Proton, während der Kern eines schweren Wasserstoffatoms D ein Neutron mehr hat. 1 ml leichtes Wasser bei 20 °C wiegt also 0,9982 Gramm, während 1 ml schweres Wasser 1,056 Gramm wiegt. Darüber hinaus gibt es noch die dritte Art von Wasserstoffatomen, T, genannt „Superdeuterium“ (oder „Tritium“), das ebenfalls zwei Neutronen mehr im Kern hat.

Vom Aussehen her gibt es keinen Unterschied zwischen schwerem und gewöhnlichem Wasser. Beide sind farb- und geruchlose Flüssigkeiten. Und weil es sich um Substanzen handelt, die aus denselben Elementen bestehen, sind ihre chemischen Eigenschaften sehr ähnlich. Aber wenn Sie sagen, dass es überhaupt keinen Unterschied gibt, wird Ihnen das niemand glauben.

In der Natur ist die Verteilung von schwerem Wasser sehr ungleichmäßig. Der Gehalt an schwerem Wasser in Schnee, Regenwasser und Oberflächenwasser ist sehr gering. Auf 50 Tonnen gewöhnlichen Wassers kommen etwa 7,5 Kilogramm schweres Wasser. Um schweres Wasser zu gewinnen, wird daher im Allgemeinen die Methode der Elektrolyse von gewöhnlichem Wasser verwendet. Da schweres Wasser nicht elektrolysiert wird, steigt die Konzentration an schwerem Wasser im Elektrolyt immer weiter an und schließlich wird reineres schweres Wasser gewonnen. Allerdings verbraucht diese Art der Aufbereitung von schwerem Wasser viel Strom. Die Raffination von einem Kilogramm Schwerwasser erfordert dreimal mehr Strom als die Schmelzung einer Tonne Aluminium.

Warum wird dann weiterhin Wasser elektrolysiert, um schweres Wasser zu erzeugen? Dies liegt daran, dass schweres Wasser in modernen Atomreaktoren langsamer an chemischen Reaktionen teilnimmt als leichtes Wasser und es daher bislang der beste Neutronenmoderator ist. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Kernbrennstoff und schweres Wasser absorbiert weniger Neutronen, was die Kettenreaktion nachhaltig machen könnte.

Ist schweres Wasser giftig?

Als das Thema schweres Wasser erstmals ins Bewusstsein der Menschen rückte, wurde es mit Kernreaktoren in Verbindung gebracht. Obwohl wir heute wissen, dass es nicht sehr gefährlich ist, hatten viele Menschen damals zunächst den Eindruck, dass es extrem gefährlich sei.

Die Neugier der Wissenschaftler ist jedoch grenzenlos und kurz nach seiner Entdeckung trank jemand schweres Wasser.

Diese Person ist George Charles de Hevesy. Sein Name ist den meisten Leuten vielleicht unbekannt, aber wer die Geschichte von der Auflösung der Nobelpreismedaille in Königswasser gehört hat, kann daraus auch einen Eindruck vom Temperament des Wissenschaftlers gewinnen. Aber das ist eine andere Geschichte und hat nichts mit dem heutigen schweren Wasser zu tun. Kommen wir zurück zum Thema. Wenn es um das Trinken von schwerem Wasser geht, denken wir zuerst an seine Toxizität.

Obwohl schweres Wasser weder radioaktiv noch eine giftige Substanz ist, benötigen Lebewesen nur normales Wasser. Es ist genauso, wie der Stickstoff in der Luft ungiftig ist, das Einatmen hoher Stickstoffkonzentrationen jedoch aufgrund von Sauerstoffmangel zum Ersticken führt. Wenn Sie nur schweres Wasser trinken, werden Ihre Körperfunktionen definitiv beeinträchtigt.

Experimente an Mäusen haben ergeben, dass schweres Wasser die Zellteilung hemmen kann (die tödliche Konzentration von schwerem Wasser beträgt 60 %), was dazu führt, dass Gewebe, das einen schnellen Stoffwechsel benötigt, aufgrund des großflächigen Zelltods nekrotisch wird. Probleme treten zuerst an den Haarwurzeln oder der Magenschleimhaut auf. Die gute Nachricht ist möglicherweise, dass sich das Wachstum schnell wachsender Krebszellen verlangsamt, doch das Ausmaß dieser Verlangsamung ist für die Krebsbehandlung nicht sehr hilfreich.

In einer Umgebung mit viel Wasser und hoher Wasserkonzentration verwelken die Pflanzen allmählich.

Quelle | Artikel „Die biophysikalischen Auswirkungen von Deuteriumoxid auf Biomoleküle und lebende Zellen durch Open Notebook Science“

Klar ist, dass Schwerwasser, das derzeit über offizielle Kanäle gekauft wird, auf dem Flaschenetikett grundsätzlich Sicherheitswarnungen oder Hinweise wie „Nur für experimentelle Verwendung“ trägt. Es wird niemandem empfohlen, schweres Wasser zu trinken.

Ist schweres Wasser süß?

Aber Theorie ist nur Theorie, und ein bisschen davon zu trinken ist kein Problem, und so haben seitdem unzählige Menschen den Geschmack von schwerem Wasser probiert. Der Grund, warum so viele Menschen „dem Trend hinterherjagen“ und schweres Wasser probieren, ist etwas seltsam: Ist schweres Wasser süß?

Quelle | Auszug aus dem Bericht von Popular Science

Warum schmeckt Wasser süß? Nach dem Plan eines neugierigen ausländischen Bloggers organisierte er ein einfaches Blindtest-Experiment, bei dem die Probanden abwechselnd verschiedene Wassersorten probieren sollten, jeweils drei Tropfen. Um irrelevante Faktoren wie gewichtsbedingte sensorische Unterschiede auszuschließen, gab er viel Geld aus, um schweres Sauerstoffwasser (auch als Sauerstoff-18-Wasser bekannt) mit dem gleichen Molekulargewicht wie schweres Wasser zu kaufen. Als Ergebnis waren fast alle Versuchspersonen in der Lage, schweres Wasser zu erkennen, und die Unterscheidungsgeschwindigkeit war sehr hoch.

Quelle: Thunderf00t

In einem weiteren Geschmackstest-Experiment konnten 22 von 28 Teilnehmern schweres Wasser genau erkennen. Laut dem Feedback der Teilnehmer war die Süße des reinen schweren Wassers am deutlichsten, der Gesamtgeschmack war jedoch leicht, mit einer durchschnittlichen Süße von 3,3±0,4.

Süßeempfinden (1 keine Süße, 3 leichte Süße, 5 mittlere Süße, 7 sehr süße, 9 sehr süße)

Um den Grund für die Süße von schwerem Wasser weiter zu untersuchen, führte das zweite Versuchsteam auch Experimente an Mäusen durch. Die Ergebnisse zeigten, dass Mäuse eine starke Vorliebe für Saccharosewasser hatten, jedoch keine Empfindlichkeit gegenüber schwerem Wasser zeigten. Es wurde sogar beobachtet, dass Mäuse eine Abneigung gegen schweres Wasser zeigten.

Quelle | Artikel: Eine Studie über Geschmack und Geruch von schwerem Wasser (99,8 %) bei Ratten

Dies führt zu einer Spekulation: Der Grund, warum schweres Wasser süß schmeckt, könnte an Süßgeschmacksrezeptoren liegen, die nur beim Menschen vorkommen, bei Nagetieren jedoch nicht.

Quelle | Carmelo Tempra / IOCB Prag

Weitere Experimente bestätigten, dass die TAS1R2/TAS1R3-Rezeptoren der eigentliche Grund dafür sind, dass Menschen die Süße von schwerem Wasser schmecken können, und nachfolgende Experimente mit Rezeptorinhibitoren bewiesen dies auch umgekehrt. Der genaue Ort und Wirkungsmechanismus sind jedoch noch nicht bekannt und es bedarf weiterer Forschung und Entdeckungen.

Kurz gesagt, hier ist eine nutzlose Erkenntnis: Wenn Sie zwei Gläser Wasser vor sich haben, können Sie durch einen Schluck erkennen, welches davon schweres Wasser ist, aber schätzen Sie Ihr Leben und halten Sie sich bitte von schwerem Wasser fern!