重水素
| 重水素 | |
|---|---|
| 概要 | |
| 名称、記号 | デューテリウム,2H or D |
| 中性子 | 1 |
| 陽子 | 1 |
| 核種情報 | |
| 天然存在比 | 0.015% |
| 同位体質量 | 2.01410178 u |
| スピン角運動量 | 1+ |
| 余剰エネルギー | 13135.720± 0.001 keV |
| 結合エネルギー | 2224.52± 0.20 keV |
重水素（じゅうすいそ）またはデューテリウム (英語: deuterium) とは、原子核が陽子1つと中性子1つとで構成されている、水素の安定同位体の1つである。重水素は 2H で表し、略号として D や d で表記されることも多い。例えば重水の分子式は D2O と表記される。なお重水素と言うと、2Hと3Hの両方を指す場合もあるので、三重水素（3H）と区別するために、2Hは二重水素と呼ばれる事もある。なお、この2Hの原子核は、重陽子と呼ばれる場合もある。
概要
1931年にアメリカの化学者ハロルド・ユーリーが発見した（ユーリーはこの功績で1934年のノーベル化学賞を受賞した）。
軽水素（1H）の原子核が陽子1つなのに対して、重水素の原子核は陽子1つと中性子1つから構成される。なお、この重水素の原子核は、重陽子とも呼ばれる。
通常の場合、地球上の水素全体の中で、軽水素と重水素の存在割合は、軽水素が99.985%、重水素が0.015%である。広義には 2H と 3H を併せて重水素と定義しているが、存在比が極く僅かで時間が経つとヘリウム3（3He）に変わる放射性同位体の三重水素を別として、安定同位体である二重水素のみを指して「重水素」と呼ぶ場合がほとんどである。
性質・製法
重水素原子が2つ結合した分子 (D2) も重水素と呼ぶ。常温、常圧で無色無臭の気体。融点 18.7 K、沸点 23.8 Kで、普通の水素分子 H2 の値（融点 14.0 K、沸点 20.6 K) に比べ高い。これは重水素原子が水素原子のほぼ2倍の質量があるためで、他の物理的性質も通常水素と異なり、また化学反応のしやすさも異なることがある（重水素効果）。例えば水を電気分解すると 1H2 の方が発生しやすいので重水が濃縮され、この方法で100 %重水を製造することができる。なお一般に植物は軽水を吸収しやすい性質があるため、種類によっては7割近くまで重水を濃縮することが可能である。
重水素原子2個を原子核融合させると3Hや3Heが生成されると共に莫大なエネルギーが放出され（D-D反応）、恒星の初期の核融合反応がこれに当たる。なお、褐色矮星と準褐色矮星は、D-D反応が起こるか起こらないかで区別されている。また、核融合発電の実験や水素爆弾では、主にD-D反応より反応温度条件の低い、重水素と三重水素の核融合反応（D-T反応）が用いられる。重水素は海水中に大量に存在するため、核融合燃料として有望視されている。
用途
核融合燃料としての利用の他、原子核反応での中性子の減速剤、化学や生物学では同位体効果の研究に使用されている。また、NMR溶媒として重水素原子で置換された溶媒（重水や重クロロホルムなど、重溶媒と呼ばれる）が用いられている。
製薬業界では、既存の薬の水素原子を重水素原子に置換することで、新薬として特許出願する手法が広がっている[1][2]。重水素効果のために反応性が低下し、代謝分解されるまでの時間が長くなるため、従来品に比べ薬効が高くなることが実際に確認された例もある[3]。しかし、進歩性、新規性に欠けるために特許化が困難な場合もある[4]。
関連項目
脚注
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