在中学课本上我们可能会学到——同位素的化学性质相同，但是我们都知道，中学的教科书上的内容有着众多的不全面和不完善之处，有些时候几乎是在哄小孩子玩，因而这一条知识我们应当多作思考。诚然，同位素具有完全相同的电子层结构，而化学反应的本质就是电子的转移，因此对于一对同位素而言，它们的核电荷数和电子数都是相等的，化学性质似乎应当相同。
但是假如我问：为什么电解水能够制备重水（使得同位素氘在未电解的水中丰度提升）？如果氕和氘的化学性质真的相同，那它们应当同时被电解，产生的氢气中氕和氘的丰度应当与原来的水中相同，但事实并非如此。纵观整个元素周期表，绝大多数同位素的化学性质也确实是极为相近的，因而同位素示踪法才能运用于众多的化学研究中。但是在周期表的第一行，氢这个元素的三个同位素氕氘氚之间的化学性质差异却比较明显，能够在一些场合下被察觉到。我们从电化学的标准电极电势表中可以查到，普通的1H离子在负极放电的电极电势是0V（这是规定的基准值），而氘离子的电极电势则是-0.044V，电极电势越正的离子越容易在负极上放电，因此电解水产生的氢气中氘的丰度自然会降低，反之剩余的水中氘丰度就升高。

无论是氢还是重元素被同位素取代而产生的化学性质差异，背后的原因毫无疑问是由于原子核质量数的差异。原子核的质量数变化虽不会影响电子的得失，但却会影响分子的振动频率。根据化学原理，即使是在0K（-273.15℃）的情况下，分子依然具有振动的动能作为其内能的一部分，这种能量叫做振动零点能，它的大小与振动频率成正比。

用于类比，对于一个两端绑着小球的弹簧谐振子来说，影响弹簧的振动频率的因素一个是弹簧的力常数，另一个是两端小球的质量。根据生活经验，当两个小球质量差异较大时，改变小球的质量对频率的影响要大于改变大球的质量。对这两个球的质量取倒数相加，结果再取倒数就得到了两个球的折合质量，振动频率与折合质量的0.5次方成反比，也即折合质量越小，振动频率越高。回到分子，分子的振动在一定程度上可以视为简谐振动，两端的“小球”就是两个原子，最小也是对振动零点能影响最大的原子正是氢原子。因此，分子的绝大部分振动零点能都由氢原子形成的化学键贡献。

把前面的讨论运用到这里，可得出改变化学键中的氢原子的质量数对振动零点能的影响远远大于改变化学键中重原子质量数的影响。更何况氢原子用同位素替代后，质量数立刻翻了2倍或3倍（此时振动零点能也几乎变为原先的0.707、0.577倍），反之重原子的质量数变化按比例来说远较氢原子为小，这两个因素都致使氢的三兄弟氕氘氚成为了元素周期表中化学性质差异最大的一组同位素。
细心的人可能还会发现一个问题：化学反应同时伴随着化学键的断裂与生成，氘取代后对振动零点能的影响既存在于断的键中也存在于新形成的键中，这会不会抵消掉呢？实际的情况是，二者当然能够抵消一部分，但通常不会完全抵消掉，这个影响依然能够察觉，这是因为不同的键力常数不同，造成振动频率有差异（氢原子与其它原子形成的化学键时，折合质量都接近1u），例如氘代后虽然不同的键振动零点能都降低为原来的二分之根号二，但原先某一个键振动频率大，另一个小，大的在加同样倍数后振动零点能自然加得多。
使用热力学组合方法W1RO分别计算氕燃烧生成水和氘燃烧生成水的自由能变（均按生成1mol水蒸气处理，温度为298.15K），得出的结果分别是-231.7 kJ/mol（氕）和-237.6 kJ/mol（氘）。当然，这只能表明反应的热力学有利程度，而并不表明反应速率快慢。

其它补充计算数据（前三个计算级别是W1RO，后两个计算级别是CCSD(T)/cc-pV5Z//W1RO）：
-239.9 kJ/mol T2O(g)的生成自由能
-231.7 kJ/mol H217O(g)的生成自由能
-231.6 kJ/mol H218O(g)的生成自由能
H2键能 405.7 kJ/mol
D2键能 412.4 kJ/mol
T2键能 415.3 kJ/mol

科普帮顶。

只有氢特别明显反应到化学性质上了，其他元素的同位素主要还是物理性质的差异

主要是氕核里只有一个质子，氘氚依次加一个中子，质量直接翻倍了

氢主要质量太小，同位素的质量相当于是2倍3倍差距，这会影响分子间的距离，包括形成H3O+的难度等，Li的同位素可能影响也会大点，原子量10以上的就不明显了。

科普帮顶。

很好的科普

很好的科普

这个在物理有机化学里面叫动力学同位素效应(KIE)，通过对特定位置的氢进行氘代并测定其对反应速率的影响，可以判断对应的碳氢键的断裂是不是在决速步上，如果碳氘键断裂是决速步，会比碳氕键慢2～7倍(KIE>1)，如果不在决速步上，一般KIE在1～2之间，可以据此推测反应机理。
不过看到标题同位素对化学性质的影响，总是会想起来高溴酸的首次合成
(83Se42- → 83BrO4- + β)

同一个化学反应过程中分子量低的同位素的反应活性会更高。
蜂蜜检测中有一个C4糖含量检测，就是基于C4植物的固碳路线是在C3循环前多一个C4循环，带来的糖中C13风度差异去确定这个糖是否不正常的来源于C4植物。