重水

一种水形式，其中两个氢原子都是氘同位素（重氢），而不是原位素（轻氢）。在制药、诊断、水文学和科学研究与制造行业以及纤维光学和半导体行业的氘气体中都有应用，在核反应堆中做 “减速剂”，减小中子速度，控制核裂变过程，也是冷却剂。还可用于包括制药、诊断、水文学、科学研究和制造业，以及光纤和半导体工业的氘气体制造。

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据信，地球上能找到的大多数氘（重氢）与目前在宇宙中发现的其他非常轻的同位素一起在大爆炸大约10分钟后形成。最近，2.5亿年前，地球上的大多数氘原子被并入水分子中。天然氢的一小部分，氘同位素（仅占所有氢同位素的0.015%），现在最常见于HDO分子的形式。从那时起，氘继续以这种形式被发现，最终在1931年被科学家发现为重水。

美国化学家哈罗德·C。Urey和他的同事Ferdinand G.一起工作。Brickwedde和George M.墨菲于 1931 年发现了氘。由于这一发现，他于1934年获得了诺贝尔化学奖。自氘首次发现以来，该物质的许多变体和格式已被创建和发现，例如氧化氘。

纯重水D2O是氘氢重稳定同位素的氧化物，用符号2H或D表示。在物理和化学上，它几乎与普通的“轻”水H2O相同，然而，它的密度高出10%。正是这种更高的密度给这种化合物起了个绰号“重水”。

重水（D2O）的生物医学应用
D2O是Harold Urey于1932年发现D2O后不久用于代谢研究的首批同位素示踪剂之一，Schoenheimer、Rittenberg和Ussing的开创性作品展示了将D2O的氘纳入许多代谢池4。一旦引入细胞池，D2O将在整个身体水分中平衡，并通过涉及水的凝结/水解反应融入代谢物；至关重要的是，这以恒定和可预测的方式发生5。通常，每公斤身体水吞咽0.1毫升，即成年人吞咽5-7毫升。这将血液中的D2O含量从150ppm增加到约300ppm，随后半衰期为几天，降至正常水平。许多此类测试没有报告负面影响6,7。使用适当的D2O剂量，可以测量大量代谢过程，从合成氘化前体并随后将其纳入聚合物，例如，可以将丙氨酸分解为蛋白质，将葡萄糖分解为糖原，脂肪酸转化为甘油三酯，将核糖糖糖糖转化为核酸4。要达到10%的体水水平，这可能是有毒的，也可能不是有毒的，70公斤重的人（含约50升体水）必须快速饮用5升纯D2O。这似乎不太可能是故意的，也不太可能是偶然的。发现人液体中高达23%的D2O浓度在短时间内没有毒性8。由于酶活性的抑制，高剂量和长期接触对真核生物有毒，因为氘和碳之间的键强度比氢9强10倍。D2O对原核生物的毒性比对真核生物的毒性小得多。经过一段时间的适应，一些细菌和藻类可以在纯D2O中生长，尽管通常比H2O10生长得慢。氧化氘也用于药理学，其中H/D替代可以延长药物制剂的半衰期，通常对药物的药代动力学产生有利影响11,12。氘化形式的药物的作用通常与质子形式不同。一些氘化药物的运输过程不同。氘化也可能改变药物代谢（代谢转换）的途径。新陈代谢的变化可能会导致作用持续时间延长和毒性降低11,12。

D2O的电子行业应用。
光发射二极管（OLED）
氢/氘原发动力学同位素效应为OLED材料的降解机理提供了有用的信息。因此，用C-D键取代OLED中的不稳定C-H键，在不降低效率的情况下将设备寿命增加了五倍13。

光纤
在从D2O中提取并沉积到Si的光纤氘中，通过将其移至1620纳米波长来减少吸收损失，波长超出了正常工作范围14,15，从而提高了光纤的使用寿命和效率，几倍16。

其他应用程序。
氘氧化物通常用于重水电解过程，以生产对半导体行业至关重要的氘气体。例如，由于同位素动力学效应，用氘取代氢可以大大降低金属氧化物半导体晶体管中的热电子降解效应。据报道，晶体管寿命改善了10-50倍17。氧化氘还被用作水文学、生态学、昆虫学、采矿业和其他追踪研究必不可少但放射性同位素不适用18-20的例子中的非放射性示踪剂。

结论
在当代研究中，D2O为创造更全面的体内代谢表型图景提供了机会，为临床应用和个性化医学新兴领域提供了一个独特的发展平台9。D2O可以在不冷藏的情况下长期保持疫苗（包括脊髓灰质炎疫苗）的稳定性21。在高科技和电子行业，氘氧化物提高了OLED的寿命和性能，提高了光纤的使用寿命和效率。

水和氧化氘（重水）的物理特性在几个方面有所不同。例如，在给定温度下，重水的离解程度低于轻水。此外，D+离子的真实浓度低于相同温度下的轻水样品的H+离子。在比较OD-和哦-离子。对于重水，Kw D2O（25.0°C）=1.35×10-15，中性水的[D+]必须等于[OD-]。因此，pKw D2O = p[OD−] + p[D+] = 7.44 + 7.44 = 14.87（25.0 °C），中性重水在25.0°C时的p[D+]为7.44。

重水的pD通常使用pH电极测量，该电极提供pH值（表观）值或pHa，在不同温度下，可以从直接测量的pH值表中估计真正的酸性pD，因此pD+ = pHa（pH表的明显读数）+0.41。碱性条件下的电极校正为重水的电极校正为0.456。然后碱性校正是pD+ = PHa（pH值表的明显读数）+0.456。这些校正与p[D+]和p[OD-]的0.44差异与重水中的相应校正略有不同。

重水的稠度比普通水高10.6%，如果没有设备，如果冷冻样品掉入正常水中，就会发现重水的物理特性不同，因为它会下沉。如果水是冰冷的，也可以观察到重冰的融化温度更高：它在3.7°C融化，因此不会在冰冷的正常水中融化。