重水素（deuterium）とは、質量数 2 の水素の安定同位体。Dあるいは2Hと表記される。化学では反応機構研究や分光学的研究に用いられる[1]。1931年に Harold C. Urey ら (当時 Columbia University) によって発見された[2]。
構造
自然界に存在するほとんどの水素原子は、陽子1つと電子1つからなる軽水素 (プロチウム、protium, 1H) である（存在比 99.98%、図1 左）。安定同位体であり、放射性はない。質量は1.01 u。
これに対して、重水素（デューテリウム、deuterium, 2H）は陽子1つと中性子1つ、電子1つから構成される（図1 中央）。天然に存在する水素のうち、約 0.02% は重水素である。重水素も安定同位体であり、放射性はない。質量は2.01 u。
なお、三重水素（トリチウム、tritium, 3H）は陽子1つと中性子2つ、電子1つから構成される（図1 右）。天然にはごくわずかしか存在しない（存在比は 0.000000000000000001%）。三重水素は放射性があり、半減期は約12年である。質量は3.02 u。
図1 ほとんど0円大学記事を改変
2. 化学における性質と用途
重水素は軽水素と比べて質量が約二倍ある。また、核スピンの磁気回転比も大きく異なる[3]。軽水素核は I = 1/2 の核スピン量子数をもつのに対して、重水素核の核スピン量子数は I = 1 である。これらの性質を反映して、重水素化された物質（重水素化物質、重水素標識化合物）では、結合解離エネルギーや密度、沸点、融点といった物性や、赤外分光や Raman 分光、NMR、質量分析、中性子散乱、化学反応性、燐光寿命などで差がでる。重水素化物質には、反応機構研究や分光学的研究、機器測定溶媒、トレーサー、プローブ、光ファイバー、医薬品など幅広い用途が存在する。
参考文献
- 標準化学用語辞典（第二版、日本化学会編纂、丸善）
- Ferdinand G. Brickwedde, Harold Urey and the discovery of deuterium. Physics Today 1982, 35, 34.DOI: 10.1063/1.2915259
- 化学便覧基礎編（改訂6版、日本化学会編纂、丸善）
関連リンク
- 第二回ケムステVプレミアレクチャー「重水素標識法の進歩と未来」を開催します！（ケムステ）
- 重水素標識反応 Deuterium Labeling Reaction（ケムステ）
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