Jak chutná těžká voda?

Dá se rozlišit těžká voda od “běžné” vody podle chuti? Moderní věda přišla na kloub staré záhadě. A proč se neví, jak chutná supertěžká voda? (délka blogu 5 min.)

Není voda jako voda

V přírodě existují vlastně tři druhy vody. Látce, která tvoří většinu hmoty moří, řek a jezer, se říká lehká voda. Ta se skládá se z molekul, ve kterých se na sebe váží dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku. Pokud se ovšem místo vodíku zúčastní vzniku molekuly vody těžký vodík (deuterium), říká se pak vodě těžká. 

Pro pořádek se musím zmínit ještě o existenci tzv. supertěžké vody, na jejímž vzniku se logicky účastní molekula supertěžkého vodíky (tritium). Proč takovou vodu ale nikdo z nás ochutnat nechce, vysvětlím na konci blogu. 

Těžká voda

Deuterium se vyskytuje v přírodě - dá se ale také samozřejmě vyrobit uměle. Jeho největším producentem je dnes Indie. 

V přírodě se atomy deuteria nevyskytují moc často. Jen zhruba každý 6400. atom vodíku se na naší planetě nachází ve své těžké formě - tzn. v jeho jádře se nachází nejen proton (jako je tomu u atomu vodíku), společnost protonu tu dělá jeden neutron. 

Deuterium objevili  v roce 1931 američtí chemici Harold C. Urey a Ferdinand Brickwedde a George Murphy. Urey za to v roce 1934 obdržel Nobelovu cenu za chemii.

Těžká voda, na jejímž vzniku se deuterium podílí, má stejné chemické vlastnosti jako voda lehká, což je logické. Stejně jako běžný vodík má deuterium k dispozici jen jeden elektron, nemůže se tedy chemicky chovat moc odlišně - chemické vlastnosti totiž závisí hlavně na počtu a chování  (vnějších, vazebných) elektronů v elektronovém obalu atomu. 

Také fyzikální vlastnosti mají obě sloučeniny hodně podobné - hustota těžké vody je jen o zhruba deset procent vyšší, také bod tání ledu a bod varu jsou hodně podobné.

Co ale vědce už ve třicátých letech minulého století udivilo, byla odlišná chuť těžké a lehké vody. 

Přípitek

Nejspíš už nikdy nezjistíme, kdo přišel první s nápadem, těžkou vodu ochutnat. Možná to ale napadlo úplně každého, kdo s ní přišel po jejím objevu do styku. Voda je přece to nejpřirozenější, co pijeme - jak tedy asi chutná její těžká varianta? První zprávy pocházejí ze třicátých let minulého století. A právě ty tvrdily, že těžká voda chutná jinak - je sladká. 

Tehdejší věda na tom nebyla ještě tak dobře jako věda dnešní - a tak podobné zvěsti nedávaly smysl. Zprávy o sladké vodě byly většinou odkázány do říše pohádek. Samotný objevitel deuteria, H. Urey prý těžkou vodu ochutnal a neshledal žádný rozdíl mezi ní a běžnou vodou. 

Moderní věda…

… se ovšem může spolehnout na spoustu nových objevů a technologií. A tak není divu, že se někdy podaří vyvrátit mýty, které jsme po desetiletí považovali za pravdu. Tak tomu bylo i v případě těžké vody. 

Došlo k nových ochutnávkám a studiím. Ukázalo se, že těžká voda, ačkoliv chemicky reaguje prakticky identicky jako voda lehká, se opravdu podílí na aktivaci receptorů sladké chuti. 

Přesněji aktivuje receptor, který vědci označují TAS1R2/TAS1R3 a který je u nás zodpovědný za vnímání sladké chuti. Čím větší podíl těžké vody byl ve vzorku, který byl zkoumán, tím sladší připadal dobrovolníkům, kteří ho testovali. 

Vědci znají také látku, kterou se receptor deaktivuje. Pokud byla těžká voda smíchána s touto chemickou látkou, už se testovaným osobám sladká nezdála - čím se vlastně potvrdilo, že se na vnímání sladké chuti těžké vody podílí právě daný receptor.  

Zvěsti o sladké vodě byly tedy pravdivé. 

Supertěžká voda

Odpověď na otázku, proč bychom neměli ochutnávat supertěžkou vodu, je jednoduchá. Ta je totiž díky (v ní obsaženému) tritiu … radioaktivní. 

Tritium má v jádře hned tři nukleony. Jednomu protonu tu dělají společnost hned dva neutrony. Zatímco dvojici proton-neutron to spolu v jádře deuteria docela klape, u tritia se ukazuje, že vztahová trojka nepřináší nic dobrého. 

Atomové jádro tritia je nestabilní a samovolně se rozpadá. Poločas rozpadu tritia je 12 roků a 120 dnů. Ve světě radionuklidů je to jev spíše průměrný. Existují exotické nuklidy, které se rozpadají během zlomků vteřin - ale i izotopoví kolegové, kterým trvá poločas rozpadu miliony roků. 

Kilogram látky pak vykazuje 357 600 000 000 000 000 rozpadů za vteřinu. Rozpad je doprovázen vyzářením elektronu s energií 0,019 MeV. I když je taková energie ve srovnání s jinými izotopy spíše nízká, už samotný počet rozpadů vysvětluje, proč nikdo nemá potřebu supertěžkou vodu ochutnávat, aby mohl sdělit, jestli také nechutná sladce. 

Zdroje: https://www.nature.com/articles/s42003-021-01964-y, http://www.periodensystem-online.de/index.php?id=isotope&el=1&mz=3&nrg=0&show=nuklid&sel=,