* 速度論的同位体効果: この効果は、水素(プロテウム、¹h)と重水素(²h)の質量の違いから生じます。重水素は水素の約2倍です。
* ゼロポイントエネルギー: 量子力学は、絶対ゼロであっても、分子にはゼロポイントエネルギーと呼ばれる振動エネルギーがあることを規定しています。 軽量同位体はゼロポイントエネルギーが高く、より速く振動することを意味します。
* 活性化エネルギー: 反応は、活性化障壁を克服するためにエネルギーを必要とします。水素のゼロポイントエネルギーが高いほど、活性化エネルギーに到達しやすくなり、より速く反応します。
例: 水素や重水素の酸素の燃焼などの単純な反応を考えてみましょう。
* h₂ +½o₂→h₂o
* d₂ +½o₂→d₂o
水素(H₂)との反応は、重水素(D₂)との反応よりも速い速度で進行します。これは、ゼロポイントエネルギーが高いため、水素との反応の活性化エネルギーが低いためです。
注: 運動性同位体効果は重要な場合がありますが、常に支配的な要因ではありません。立体効果や反応の性質などの他の要因も、反応速度に役割を果たす可能性があります。