Za pomocą wynalezionego przez siebie spektrografu masowego Francis William Aston w 1927 r. zaobserwował, że linia dla wodoru odpowiada masie atomowej w skali chemicznej 1,00756. Wartość ta różniła się o więcej niż prawdopodobny błąd doświadczalny od wartości opartej na łączeniu ciężarów związków wodoru, 1,00777. Inni pracownicy wykazali, że rozbieżność tę można usunąć, postulując istnienie izotopu wodoru o masie 2 w proporcji jeden atom 2H (lub D) na 4500 atomów 1H. Problem ten zainteresował amerykańskiego chemika Harolda C. Urey’a, który na podstawie założeń teoretycznych przewidział różnicę w ciśnieniach par wodoru (H2) i deuterowodoru (HD), a tym samym możliwość rozdzielenia tych substancji przez destylację ciekłego wodoru. W 1931 r. Urey i jego dwaj współpracownicy wykryli deuter w pozostałościach po destylacji ciekłego wodoru, wykazując jego widmo atomowe. Deuter został po raz pierwszy otrzymany w czystej postaci metodą elektrolitycznego zagęszczania: kiedy wodny roztwór elektrolitu, takiego jak wodorotlenek sodu, jest poddawany elektrolizie, wodór powstały na katodzie zawiera mniejszą frakcję deuteru niż woda, a zatem deuter jest zagęszczany w pozostałości. Prawie czysty tlenek deuteru (D2O, ciężka woda) otrzymuje się po zredukowaniu roztworu do 0,00001 jego pierwotnej objętości. Deuter może być również zatężany przez destylację frakcyjną wody i przez różne reakcje wymiany chemicznej, takie jak następujące (g i 1 oznaczają odpowiednio stan gazowy i ciekły): H2O(g) + HD(g) ⇌ HDO(g) + H2(g); HDO(g) + H2S(g) ⇌ HDS(g) + H2O(g); NH3(l) + HD(g) ⇌ NH2D(l) + H2(g).
Tryt (T) został po raz pierwszy przygotowany w 1935 roku przez bombardowanie deuteru (w postaci kwasu deuterofosforowego) wysokoenergetycznymi deuteronami (jądrami deuteru):
Tryt jest obecny w minimalnych stężeniach w naturalnej wodzie. Powstaje on w sposób ciągły w górnych warstwach atmosfery w wyniku reakcji jądrowych wywołanych promieniowaniem kosmicznym. Promienie kosmiczne, składające się głównie z wysokoenergetycznych protonów, reagują z atomami azotu, tworząc neutrony, które z kolei reagują z kolejnymi atomami azotu, tworząc tryt:
Ten naturalnie powstały tryt kończy się w postaci wody i dociera do powierzchni Ziemi w postaci deszczu. Tryt jest radioaktywny; jego okres połowicznego rozpadu wynosi 12,5 roku, rozpada się na bardzo miękką (o niskiej energii) ujemną cząstkę beta (elektron; dodatnia cząstka beta nazywana jest pozytonem) i jądro helu-3. Kiedy próbka wody jest przechowywana, stopniowo traci swój tryt z powodu rozpadu radioaktywnego. Dlatego też, analizując wodę pod kątem zawartości trytu, można wyjaśnić szczegóły obiegu wody w oceanach, atmosferze, rzekach i jeziorach. Tryt jest wykonany sztucznie w reaktorach jądrowych przez reakcję neutronów termicznych z litu:
Odpowiednie związki izotopów wodoru różnią się nieznacznie w ich właściwości fizycznych. Różnicę tę wykazują właściwości wód, wymienione w tabeli, oraz pierwiastków, wymienione w kolejnej tabeli. Podobnie jest z ich właściwościami chemicznymi, zarówno termodynamicznymi, jak i kinetycznymi. Zarówno deuter, jak i tryt są przydatne jako znaczniki izotopowe do badania struktur chemicznych i mechanizmów reakcji. Ogólnie rzecz biorąc, wartość znacznika wynika z faktu, że chociaż różnica w masie lub jego radioaktywność pozwala na jego wykrycie, jest on zasadniczo aktywny w taki sam sposób, jak zwykłe atomy danego pierwiastka. Dla większości pierwiastków zmiana o jedną lub kilka jednostek masy stanowi tak mały procent masy całkowitej, że różnice chemiczne między izotopami są pomijalne. Jednak w przypadku wodoru reakcje chemiczne z udziałem różnych izotopów przebiegają z mierzalnie różną szybkością. Te kinetyczno-izotopowe efekty mogą być wykorzystane w szczegółowych badaniach mechanizmów reakcji. Szybkości reakcji związków zawierających deuter lub tryt są zwykle mniejsze niż odpowiednich związków zwykłego wodoru.
| tlenek wodoru | tlenek deuteru | tlenek trytu | |
|---|---|---|---|
| gęstość w temperaturze 25 stopni Celsjusza w gramach na mililitr | 0.99707 | 1,10451 | – |
| temperatura topnienia, stopnie Celsjusza | 0 | 3.81 | 4.49 |
| temperatura wrzenia, stopnie Celsjusza | 100 | 101.41 | – |
| temperatura maksymalnej gęstości, stopnie Celsjusza | 3,98 | 11,21 | 13.4 |
| maksymalna gęstość w gramach na mililitr | 1,00000 | 1,10589 | 1,21502 |
Zastąpienie wodoru deuterem w systemach biologicznych może znacząco zmienić delikatnie zrównoważone procesy. Ustalono, że ani rośliny ani zwierzęta nie kontynuują życia i rozwoju w wodzie zawierającej tlenek deuteru w wysokich stężeniach.
Deuter i tryt są przedmiotem zainteresowania w związku z reakcjami termojądrowymi (fuzji). Wybuch bomby wodorowej wiąże się z kolizją i fuzją lekkich jąder, w tym deuteru i trytu. Gdyby znaleziono metodę kontrolowania takich procesów fuzji, tak jak to uczyniono z procesem rozszczepienia we wcześniejszej bombie atomowej, surowiec do praktycznie nieograniczonych dostaw energii byłby dostępny w zawartości deuteru w wodzie. Takie reakcje fuzji są źródłem energii słonecznej.
Tlenek deuteru jest przydatny w reaktorach jądrowych jako moderator do spowalniania, ale nie znacznie wychwytywania neutronów. Ma tę zaletę, że jest cieczą, która tylko nieznacznie pochłania neutrony.
.