穩(wěn)定同位素、何謂輕穩(wěn)定同位素和重穩(wěn)定同位素

《穩(wěn)定同位素、何謂輕穩(wěn)定同位素和重穩(wěn)定同位素》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、2.何謂穩(wěn)定同位素、何謂輕穩(wěn)定同位素和重穩(wěn)定同位素。自然界的同位素按其原子核的穩(wěn)定性可以分為放射性同位素和穩(wěn)定同位素兩大類。穩(wěn)定同位素的原子核是穩(wěn)定的,或者其原子核的變化不能被覺察。目前認(rèn)為,凡原子能穩(wěn)定存在的時(shí)間大于1017a的就稱為穩(wěn)定同位素。穩(wěn)定同位素又分為輕穩(wěn)定同位素和重穩(wěn)定同位素。輕穩(wěn)定同位素：1.原子序數(shù)Z＜20，ΔA/A≥10%(ΔA為兩同位素質(zhì)量差)；2.發(fā)生同位素成分變化的主要原因是同位素分餾作用，其反應(yīng)是可逆的。輕穩(wěn)定同位素的特點(diǎn)是:原子量低。同位素之間的相對(duì)質(zhì)量差大?；衔镆话憔哂懈叨鹊墓矁r(jià)鍵。元素有多個(gè)化學(xué)價(jià)，氧化態(tài)和還原態(tài)，

2、如SC；或化合物有多種狀態(tài)，氣、液、固態(tài)，如H和O。同位素豐度應(yīng)足夠檢測(cè)，以便保證質(zhì)譜分析精度。重穩(wěn)定同位素原子序數(shù)Z＞20，ΔA/A＜10%；特點(diǎn)是：1.原子量大,同一元素各同位素間的相對(duì)質(zhì)量差異小(0.7%～1.2%),環(huán)境的物理和化學(xué)條件的變化通常不導(dǎo)致重穩(wěn)定同位素組成改變;2.同位素組成的變化主要是由放射性同位素衰變?cè)斐傻?這種變化在地球歷史的演變中是單方向進(jìn)行的、不可逆的。例如,放射成因穩(wěn)定同位素206Pb、207Pb、208Pb、87Sr、143Nd分別由238U、235U、232Th、87Rb、147Sm經(jīng)衰變形成,因而地質(zhì)體中鉛、鍶、

3、銣的同位素組成常受地質(zhì)體年齡的大小及其中放射性母體同位素豐度的制約。因此,地質(zhì)體中重穩(wěn)定同位素的組成變化常常用來研究地球、地質(zhì)體的演化和成巖成礦作用等,是一個(gè)極為重要的地球化學(xué)參數(shù)和示蹤劑。4.造成穩(wěn)定同位素組成變化的原因是什么？自然界同位素組成經(jīng)常呈現(xiàn)一定程度的變化。引起同位素成分變化的主要過程有兩類:一類是放射性同位素衰變,使母體同位素的數(shù)量隨時(shí)間的推移逐漸減少,同時(shí)子體同位素的數(shù)量不斷增加;另一類是由各種化學(xué)和物理過程引起的同位素分餾,氫、碳、硫、硅、氮等同位素組成變化主要是由同位素分餾引起的。對(duì)這兩類作用的研究是同位素地球化學(xué)的主要任務(wù)。輕穩(wěn)

4、定同位素(Z<20)的相對(duì)質(zhì)量差較大(ΔA/A≥10%),在自然過程作用中由于這種質(zhì)量差所引起的同位素相對(duì)豐度的變異,稱為同位素分餾作用。根據(jù)分餾作用的性質(zhì)和條件可區(qū)分如下:(1)物理分餾:也稱質(zhì)量分餾,同位素之間由質(zhì)量引起的一系列物理性質(zhì)的微小的差別,如密度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等,使之在蒸發(fā)、凝聚、升華、擴(kuò)散等自然物理過程中發(fā)生輕重同位素的分異。經(jīng)過蒸發(fā)凝聚循環(huán),H2O富集在蒸氣相中,D2O更多地殘留于水體中。經(jīng)過多次物理分餾,在一些地區(qū)(如高緯度區(qū))大氣降水中將形成最輕的水。由于地球重力作用會(huì)引起輕重同位素分子的擴(kuò)散分異,如大氣圈高空富集14N,而低層1

5、5N集中。單向多次反復(fù)的物理過程中,同位素質(zhì)量分餾效應(yīng)最明顯。(2)動(dòng)力分餾:含有兩種同位素的兩類分子時(shí),由于質(zhì)量不同,它們參加化學(xué)反應(yīng)的活性有差異。質(zhì)量不同的同位素分子具有不同的分子振動(dòng)頻率和化學(xué)鍵強(qiáng)度。輕同位素形成的鍵比重同位素的鍵更易破裂,因此,輕同位素分子的反應(yīng)速率較高,在平衡共存相間產(chǎn)生微小的分餾,在反應(yīng)產(chǎn)物中,特別是活動(dòng)相中更富集輕同位素。(3)平衡分餾:在化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物之間由于物態(tài)、相態(tài)、價(jià)態(tài)以及化學(xué)鍵性質(zhì)的變化,使輕重同位素分別富集在不同分子中而發(fā)生的分異叫做平衡分餾,也稱同位素交換反應(yīng)。(4)生物化學(xué)分餾:生物活動(dòng)和有機(jī)反

6、應(yīng)時(shí)的同位素分餾效應(yīng)更強(qiáng)。如植物通過光合作用使12C更多地富集于生物合成有機(jī)化合物中。因此生物成因的地質(zhì)體如煤、石油、天然氣等具有最高的w（12C)/w（13C)值。生物化學(xué)分餾是同位素分異作用的重要控制反應(yīng)。參考文獻(xiàn):地球化學(xué).韓吟文.地質(zhì)出版社