酸化重水素

酸化重水素とは?

Deuterium Oxide

酸化重水素(CAS 7789-20-0; 重水; 2H2O; D2O)とは、水分子中の水素原子が通常の軽水素ではなく両方とも同位体の重水素となっている水の形態です。重水素は安定同位体です。Isowaterでは、酸化重水素を70%から99.995%までの様々な濃度で確実かつ経済的に生産できる独自のプロセスを開発しました。

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酸化重水素の起源

地球で見られる重水素のほとんどは、現在宇宙に存在する極低分子量の各種同位体とともにビッグバンの約10分後に生成されたと言われています。その後、今から25億年前に地球の重水素原子のほとんどが水分子に組み込まれました。自然に存在する水素原子の同位体中でごくわずかな割合を占める重水素(全水素同位体中0.015%)が、ほとんどHDO分子の一部となったのです。以後、重水素はこの形態で一番多く存在し、1931年に重水の発見に至りました。

アメリカの化学者ハロルドC.ユーリーは1931年、同僚フェルディナンドG.ブリックウェッドとジョージM.マーフィーと共に重水素を発見しました。この発見により、ユーリーは1934年にノーベル化学賞を受賞。その発見以来、重水素の様々なバリアントや形態が作られ、発見され、酸化重水素もその1つでした。

Isowaterの創業者兼CEOのアンドリューT. B.スチュアートの祖父、アレクサンダーT.スチュアートは、カリフォルニア州サン・カルロスに水電解施設を作り、それが1930年台になってアメリカ政府の重水素濃縮設備となりました。

狭義の重水、別名D2Oは、水素の重い方の安定同位体である重水素(記号2HまたはD)の酸化物です。物理的・化学的性質は共に通常の軽水(H2O)とほとんど同じですが、密度が10%高くなります。密度が高いことから「重水」という名称が使われるようになりました。

酸化重水素の用途

酸化重水素の用途はすべて、様々な応用例で役に立つこの同位体の性質に由来します。原子力発電所で中性子の減速材から化学・生化学的過程の研究における同位体トレーサーまで、酸化重水素は世界中で様々な役割を果たしています。最初は化学や物理学における分析・解析手法に使用された酸化重水素は、その後急速にがん治療・実験核物理学など、さまざまな分野で使用されるようになりました。

酸化重水素の物理的性質

水と酸化重水素(重水)の物理的性質には、いくつか違いがあります。例えば、重水は同じ温度で軽水ほど解離せず、D+イオンの真の密度は、同温度の軽水のH+イオン密度よりも低くなります。ODイオンとOHイオンについても同様となります。重水ではKw D2O (25.0°C) = 1.35 × 10−15で、中性電解の場合[D+][OD]は等しくなるためpKw D2O = p[OD] + p[D+] = 7.44 + 7.44 = 14.87 (25.0°C)となり、25.0°Cでの中性重水のp[D+]7.44であることがわかります。

重水のpDは通常、pH電極で見かけ上のpH値(pHa)として測定されます。酸性重水の場合、各温度での真のpDpH計の表示値であるpHaよりpD+ = pHa (pH計表示値) + 0.41として推定でき、塩基性重水では電極修正値が0.456pD+ = pHa(pH計表示値) + 0.456となります。この修正値は、p[D+]p[OD]それぞれの重水との違いを示す値0.44からわずかにずれています。

酸化重水素(重水)

酸化重水素は通常の水よりも密度が10.6%高くなります。通常の水に凍った酸化重水素を入れると沈むので、その物理的性質の違いを簡単に見ることができます。酸化重水素の融点は3.7°Cと通常の水より高く、前述で零度の水を使うと氷が融解しないことが観測できます。

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