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同位素——化学性质几乎相同,但严格来说并非完全相同

已有 276 次阅读 2026-2-19 10:05 |系统分类:科研笔记

元素同位素对比化学性质差异举例差异幅度
¹H vs ²H (氘)C–H 键比 C–D 键更容易断裂(反应速率可差 5–8 倍)非常显著
¹H vs ³H (氚)氚取代后反应速率更慢,生物标记实验中常用此效应显著
¹²C vs ¹³C¹³C 化合物在某些酶促反应中速率略慢(约 1–3%)小但可测
¹⁶O vs ¹⁸OH₂¹⁸O 的蒸气压略低,平衡常数有微小变化(氧同位素分馏)
较重元素如 ³⁵Cl vs ³⁷Cl差异通常小于 0.1–1%,在常规化学反应中基本可忽略极小

化学性质:几乎相同,但严格来说并非完全相同

  • 原因:化学性质主要由原子核外电子层结构决定。同位素的质子数相同 → 电子数相同 → 电子构型相同,因此它们参与的绝大多数化学反应(成键、氧化还原、酸碱性等)行为高度一致。

  • 但存在微小但可测量的差异(称为同位素效应 / kinetic isotope effectequilibrium isotope effect),尤其在轻元素上明显:

对于大多数元素(尤其是原子序数 > 10 的元素),化学性质差异小到在普通化学实验中可以视为“相同”。但在精密物理化学、酶反应动力学、同位素示踪、质谱分析等领域,这些微小差异是非常重要的,甚至是研究核心。



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