Ликбез: что значит «лёгкая» и «тяжёлая» вода?

Мы знаем, что человек на 60% состоит из воды, что формула ее H2O и что воду пить нужно каждый день. Но это действительно школьные знания, ведь состав воды сложнее. Нашими незнаниями умело пользуются маркетологи, которые продают целебную «легкую» воду и пугают страшной «тяжелой». Разбираемся в изотопах водорода и «тяжести» воды.

Обычная вода действительно состоит из легкой и тяжелой. Связано это с разными изотопами водорода. Изотопы имеют одинаковый порядковый номер в периодической таблице, но разные массовые числа. У водорода семь изотопов, однако только два из них стабильны — протий и дейтерий, а тритий — долгоживущий, его период полураспада около 12 лет. Остальные очень быстро распадаются.

В ядре протия (это и есть обычный водород) нет нейтронов, а только один протон. Атом водорода содержит таким образом один протон и один электрон. Если взять все изотопы водорода, то протия будет 99,98%. Молекула легкой (обычной) воды H2O состоит из двух атомов водорода (протия) и одного кислорода, а в тяжелая воду входят два атома дейтерия.

Дейтерий — изотоп водорода. Его ядро содержит протон и нейтрон, что, соответственно, увеличивает его атомную массу. Молекулы тяжелой воды D2О есть в обычной воде, но в очень малых количествах. Примерно 200 молекул тяжелой воды на каждый 1 000 000 обычной. Поскольку дейтерий является стабильным изотопом, тяжелая вода не радиоактивна.

Дейтерий был открыт в 1931 году лауреатом Нобелевской премии Гарольдом Юри. Изотоп используется, как замедлитель нейтронов при ядерных реакциях. Это его качество было использовано физиками при создании ядерных реакторов, в которых тяжелая вода выступает в качестве теплоносителя и замедлителя. Первый такой реактор появился в 1944 году в США.

D2О замедляет и процессы деления клеток. У эукариот (всех живых организмов, клетки которых содержат ядро) деление останавливается. Семена растений не прорастают, если их поливать тяжелой водой. Это доказал эксперимент американских ученых Джозефа Дж. Каца и Х. Креспи. Если в воде, которая содержится в организме животных, заменить 25-50% атомов протия на дейтерий, последствия будут те же, что и при химиотерапии.

Однако такой исход маловероятен в обычной жизни, ведь, повторим, содержание тяжелой воды очень мало. Однако и в ней есть и польза. В 2015 году группа ученых из МГУ рассказала, что тяжелой водой можно остановить деление быстроделящихся клеток при лимфосаркоме. Лабораторных крыс, страдающих от опухолей, поили 1% раствором дейтерия, после двухнедельного приема тяжелая вода вышла из организма при водообмене, а значит, ее можно использовать при химиотерапии.

Получается, что человеку нужно избегать пить тяжелую воду? Получается, что да, и наука не опровергает такое заключение. Однако целебные свойства воды с пониженным содержанием дейтерия так и не доказаны. Чаще всего маркетологи, которым очень хочется продавать чудо-воду за большие деньги, приводят исследование Татьяны Стрекаловой и других авторов, связавших депрессию у жителей южных и юго-восточных штатов США с повышенным содержанием дейтерия в водопроводах. Действительно, в более теплых местах на Земле дейтерия больше, потому что он тяжелее и его пар оседает в нижних слоях атмосферы, тогда как H2O под воздействием лучей Солнца улетучивается. Но в этом исследовании кроме корреляции между содержанием дейтерия в водопроводной воде и уровнем депрессии в южных штатах США, доказательств пользы легкой воды представлено не было.

Есть и еще более тяжелый изотоп водорода, который тоже может входить в тяжелую воду — тритий. Это радиоактивный изотоп с периодом полураспада около 12 лет, его ядро состоит из протона и двух нейтронов, в природе он образуется в верхних слоях атмосферы при соударении частиц космического излучения. Тритий был открыт учеными Э. Рейзерфордом и М. Олифантом в 1935 году, а через 20 лет стал использоваться на атомных электростанциях. Химик Игорь Петрянов-Соколов в середине прошлого века исследовал влияние тяжелой воды и доказал, что кипячение не способствует повышению концентрации дейтерия и трития.

Вода была и остается незаменимым источником жизни для человека, все ее целебные и опасные свойства только предстоит узнать.