重水素と三重水素の決定的な違いは、重水素の原子核には中性子が1つあるのに対し、三重水素の原子核には中性子が2つあることである。

水素は周期表で1番小さい元素で、私たちはHと呼んでいます。電子と陽子を1つずつ持っています。水素は電子配置が1s1であることから、周期表第1族、第1周期に分類され、電子を吸収して負電荷のイオンを作ることも、電子を提供して正電荷のプロトンを作ることも容易にできる。そうでなければ、電子を共有して共有結合を形成することができる。この能力により、水素は多くの分子の中に存在し、地球上に非常に多く存在する元素となっている。水素には、陽子1H（中性子なし）、重水素2H（中性子1個）、トリチウム3H（中性子2個）という3つの同位体があります。このうち、タンパク質は最も多く、相対的な存在量は約99％である。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 重水素とは 3. トリチウムとは 4. 横並び比較 - 重水素とトリチウムを表形式で 5. まとめ

重水素（デューテリウム）は何ですか？

重水素は、水素の同位体の一つです。自然存在比0.015％の安定同位体である。重水素は原子核に陽子1個と中性子1個を持っています。この同位体を重水素と呼び、2Hと表記するが、一般にはDと表記する。

図1：重水素

重水素は化学式D2で表される2原子の気体分子として存在できるが、自然界では存在量が少ないため、2つのD原子が結合する可能性は非常に低い。そのため、水素原子は主に水素原子と結合している。また、2個の重水素原子が酸素と結合して、水の類似物質であるD2Oを形成することもあり、これを重水と呼んでいる。

また、重水素を含む分子は、水素の類似物質とは異なる化学的・物理的性質を示す。例えば、運動学的同位体効果を発揮することができる。また、重水素化化合物はNMR、IRスペクトル、マススペクトルに特徴的な違いを示すので、これらの手法で同定することができる。さらに、重水素はスピンが1であるため、NMRではこの同位体結合によって三重項状態が発生する。さらに、赤外線スペクトルでは、水素とは異なる赤外線の周波数で吸収する。重水素と水素は質量差が大きいため、質量分析で区別することができる。

トリチウム（三重水素）は何ですか？

トリチウムは水素の同位体で質量数3、つまり陽子1個と中性子2個を持つ原子核です。放射能を持つため、自然界には微量にしか存在しない。そのため、実用化には人工的に生産する必要がある。

図02：水素の3つの主な同位体

トリチウムは放射性同位元素（水素の放射性同位元素はこれだけ）です。半減期は12年で、ベータ粒子を出して崩壊し、ヘリウム3を生成する。この同位体の原子質量は3.0160492で、標準的な温度で存在する。さらに、酸化物（HTO）を形成することもあり、これを「トリチウム水」と呼んでいます。トリチウムは、核兵器**や生物・環境研究のトレーサーとして使用されています。

重水素（デューテリウム）とトリチウム（三重水素）の違い

重水素と三重水素は、水素の同位体である。重水素と三重水素の大きな違いは、重水素の原子核には中性子が1つ、三重水素の原子核には中性子が2つあることです。また、重水素の質量数は2.0135532、トリチウムの質量数は3.0160492なので、この点も重水素とトリチウムの重要な違いといえるでしょう。

また、重水素は安定同位体であり自然界に存在するが、トリチウムは放射性同位体であり自然界に存在しないことも違いのひとつである。しかし、実用化に向けて人工的に生産することは可能です。

概要 - 重水素（デューテリウム） vs. トリチウム（三重水素）

重水素と三重水素は、化学元素である水素の同位体である。重水素と三重水素の決定的な違いは、重水素の原子核には中性子が1つあるのに対し、三重水素の原子核には中性子が2つあることである。また、トリチウムは放射性であるのに対し、重水素は安定同位体である。

引用

1Helmenstine, Anne Marie, PhD, "Deuterium Facts," ThoughtCo, April 2, 2019, available here.