중수소

중수소(deuterium)

중수소의 핵은 하나의 양성자와 하나의 중성자로 이루어져 있는데, 그 질량은 보통 수소 핵 질량의 2배 정도이다. 중수소는 안정한 원자종으로 천연에서 발견되는 수소 화합물 중에 0.014~0.015％ 정도가 포함되어 있다. 중수소는 1931년에 해럴드 C. 유리(1934년 노벨 화학상 수상)와 그의 동료인 F. G. 브릭웨드와 G. M. 머피가 발견했다.

유리는 수소 분자(H₂)와 1개의 수소 원자가 중수소로 치환된 분자(HD)의 증기압이 서로 다르기 때문에 액체 수소를 증류하여 이들 물질을 분리할 수 있을 것이라고 예측했으며, 액체 수소를 증류하고 남는 잔류물에서 원자 스펙트럼으로 중수소를 검출했다. G. N. 루이스는 E. W. 워시번에 의해 개발된 농축전해법을 사용하여 최초로 순수한 형태의 중수소를 만들었다. 물(실제로는 보통 수산화나트륨 같은 전해질의 수용액이 쓰임)을 전류에 의해 전기분해시킬 때 생기는 수소 기체에 포함되어 있는 중수소의 양은 물에 남아 있는 양보다 훨씬 적으므로 중수소는 물에서 농축된다. 물을 계속해서 전기분해하여 원래 부피의 약 1/100,000 정도로 농축시켰을 경우 거의 순수한 산화중수소(D₂O：중수)가 얻어진다. 제2차 세계대전 전에는 이 방법이 쓰였으나 전쟁중에 D₂O를 대량으로 생산하기 위해 다른 방법들이 쓰였다.

중수소는 보통 수소의 특성인 모든 화학반응에 참여해 등가의 화합물을 만든다. 그러나 중수소는 보통 수소보다 매우 느리게 반응하며 이는 수소의 두 형태를 구별하는 기준이다. 이 성질을 이용하여 중수소는 수소를 포함하고 있는 화학반응과 생화학반응을 조사하는 동위원소 추적자로 널리 쓰인다. 중수소 원자들의 핵이나 중수소, 이보다 더 질량이 큰 수소의 동위원소인 삼중수소와의 핵융합은 많은 양의 에너지를 방출하며 이 반응은 열핵무기에 쓰인다.

1953년 이후에 중수소 자체와 매우 희귀한 삼중수소를 대신해서 안정한 고체 물질인 중수소화리튬(LiD)을 사용하고 있다. 동위원소인 중수소 분자(D₂)와 중수소화수소 분자(HD)의 물리적 성질과 보통 수소 분자(H₂)의 물리적 성질을 표에 나타냈다.