重水素と水素

同じ元素の原子が異なることもある。このように、同じ元素の異なる原子を同位体と呼びます。中性子の数が違うので、互いに異なる。中性子の数が異なるため、質量数も異なる。元素には複数の同位体が存在する場合があります。それぞれの同位体の性質によって、元素の性質が決まります。重水素は水素の同位体であり、その違いについては以下の記事で解説しています。

水素

水素は周期表で1番小さい元素で、1個の電子と1個の陽子を持つ水素で表される。電子配置が1s1であることから、周期表では1族、1サイクルに分類される。水素は電子を吸収して負電荷のイオンを形成したり、簡単に電子を供与して正電荷のプロトンを生成したり、電子を共有して共有結合を形成したりすることができる。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。水素の同位体には、プロチウム-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）の3種類があります。タンパク質は3つのうち最も多く、相対的な存在量は約99％である。水素は気相では2原子分子（H2）として存在し、無色・無臭の気体である。また、水素は非常に燃えやすい気体で、燃やすと青白い炎が出ます。通常の室温では、水素はあまり反応性がない。H2は酸化状態がゼロであるため、金属酸化物や塩化物を還元して金属を放出する還元剤として使用することができる。水素は、アンモニアを合成するハーバー法などの化学工業で使用されている。液体水素は、ロケットや自動車の燃料として使用されています。

重水素

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。重水素とも呼ばれる。重水素は2Hで表されるが、通常はDで表記される。重水素は、化学式D2の2原子ガス分子として存在することができる。しかし、重水素の存在量が少ないため、自然界で2つのD原子が結合する可能性は非常に低い。そのため、ほとんどの重水素は1H原子と結合して、HD（重水素化物）という気体になる。重水素原子2個と酸素1個が結合して、水の類似物質であるD2O（重水）を形成することができる。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、重水素は運動学的同位体効果を示すことがあります。重水素化物は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。重水素のスピンは1である。つまり、NMRでは、重水素のカップリングによって三重項状態が発生するのです。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。