重水素は、原子核に 1 つの陽子と 1 つの中性子を持つ水素同位体です。対照的に、ほとんどの水素はプロチウムと呼ばれる同位体であり、陽子が 1 つあり、中性子はありません。これは、重水素が放射性であるかどうか、その歴史、用途、およびそのソースを含む、重水素に関する事実のコレクションです。
重水素は放射性ですか?
重水素は、プロチウムと同様に安定同位体です。つまり、そうではありません 放射性。唯一の放射性水素同位体はトリチウムです。
歴史
科学者たちは、重水素の発見前に安定同位体を認識していましたが、水素に同位体が存在するとは考えていませんでした。その理由は、中性子がまだ発見されていなかったため、研究者は同位体が陽子の数と核電子と呼ばれるものによって異なると考えていたためです。この推論により、原子核には陽子が 1 つしか含まれないため、水素は同位体を持つことができません。そのため、重水素 (およびトリチウム) の発見は少し衝撃的で、同位体の理解を完全に変えました。
Harold Urey は 1931 年に重水素を発見しました。彼と彼の共同研究者である Ferdinand Brickwedde は、ワシントン D.C. の国立標準局の低温物理研究所を使用して、液体水素から同位体を蒸留しました。原子量は 2 です。彼の業績により、1934 年のノーベル化学賞を受賞しました。
命名
元素水素は、その同位体のそれぞれに独自の名前があるという点でユニークです。重水素の名前は、ギリシャ語の deuteros に由来します。 -ium と組み合わせて「2 番目」を意味する 要素のサフィックス。名前は核の 2 番目の核子を指します。
ユーリーは、プロチウム、重水素、トリチウムに名前を付けました。同位体の発見者として、これは彼の権利でした。しかし、一部の科学者は名前に抵抗しました。たとえば、アーネスト・ラザフォードは、重水素はギリシャ語の diploos に由来する「ディプロゲン」と名付けるべきだと考えました。 （"ダブル"）。ラザフォードは、重水素原子核を「デューテロン」または「デュートン」ではなく「ディプロン」と呼ぶことを提案しました。
重水素の特性
重水素はいくつかの興味深い特性を示します:
- 重水素とトリチウムはどちらも、通常の水素 (プロチウム) よりも強い化学結合を形成します。
- 重水素は、通常の水素よりも三重点、沸点、蒸気圧、融解熱、気化熱が大幅に高くなります。
- 重水素ガスは無色です。ただし、イオン化すると特徴的なピンク色の輝きを放ちます。
- 結合が強いということは、重水の密度が通常の水の約 10.6 倍 (1.624 g/cm) であることを意味します。重水の氷は通常の水では沈みますが、重水では浮きます。
- また、重水は普通の水より粘性があります。 (300 K で 12.6 μPa·s)。
その他の重水素の事実
- 重水素は記号 D または H で示されます。重水素と呼ばれることもあります。
- 重水素は、プロチウムよりはるかに少ない。天然水素のわずか 0.0156% です。
- 重水素核は、重陽子またはデュートンと呼ばれます。
- 重水素は、奇数の陽子と奇数の中性子の両方を持つ 5 つの安定同位体の 1 つです。通常、二重奇数原子は不安定で、ベータ崩壊を経ます。
- 重水素は、太陽系内の他の惑星や他の星に存在します。太陽系の巨大ガス惑星には、互いにほぼ同じ濃度の重水素が含まれています。
- 重水素の天然存在量は、その供給源によって異なります。
- 重水素 (プロチウムと同様) は極圧下で液体金属になります。
- 重陽子に対応する反物質は、反陽子と反中性子からなる反重陽子です。反重水素は反重水素と呼ばれ、反重陽子と陽電子で構成されています。
健康への影響
人間は重水素 (D2 )、しかし科学者は重水の影響について多くのことを知っています (D2 O) 生物学的システムについて
通常の水には常に微量の重水素が含まれているため、少量の同位体を摂取することは正常です。実際、重水を少し飲んでも悪影響はありません。一部の医療診断テストでも使用されています。藻類やバクテリアは純粋な重水でも生息できますが、成長は遅くなります。重水が体重の約 20% を占めると、人間や他の動物は重水中毒を経験します。最終的に、重水は有糸分裂を妨害し、死に至らしめます。重水の毒性が、健康な細胞よりも癌細胞に悪影響を与えることに注目するのは興味深いことです.
それでも、重水素化された薬には多くの潜在的な利点があります。重水素は、特定の栄養素を酸化的損傷から保護するのに役立ちます。経口ポリオウイルスワクチンなどの生ワクチンを安定させます。重水素化薬は、がん治療薬の遺伝毒性を低下させます。重水素は通常の水素よりも強く炭素に結合するため、重水素化された薬物は代謝されるまでにより長く持続する可能性があります。重水素は概日リズム時計を長くします。重水はマウスをガンマ線から保護することが示されています.
重水素の使用
重水素にはいくつかの用途があります:
- 重水素は重水減速核分裂炉で使用され、通常は重水があり、中性子を吸収しすぎずに減速します。
- ほとんどの核融合炉の設計には、重水素、多くの場合トリチウムが含まれます。
- 核磁気共鳴 (NMR) イメージングでは重水素を溶媒として使用します。これは、重水素の核スピン特性により信号を簡単に除外できるためです。
- 中性子散乱技術では、実験で重水素を使用して散乱ノイズを減らします
- 重水素は、赤外線分光法または質量分析法を使用して検出可能な安定同位体トレーサーです。
- 重水素化された薬は、通常の水素を使用して作られた薬とは異なる働きをし、多くの医学的可能性を提供します。
重水素の供給源
現在発見されている重水素のほとんどは、ビッグバンの間に形成されました。原子炉を使用して重水素を作ることは可能ですが、費用対効果が高くありません。したがって、ほとんどの重水素は、天然の重水を通常の水から分離することで得られます。
参考文献
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