同位素分餾 同位素分餾值


同位素分餾 同位素分餾值

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1、由于同位素質量不同,在各種地球化學過程中會引起同位素在不同化合物和物相中的豐度變異,稱為同位素分餾 。
2、分餾程度用分餾系數α表示:地球化學原理(第三版)RA、RB分別為A相及B相中重同位素與輕同位素的比值,例如閃鋅礦和方鉛礦的硫同位素分餾系數為:地球化學原理(第三版)分餾系數α與兩相δ(‰)值的關系為:地球化學原理(第三版)例如在300K(27℃)時,與H2S兩相的硫同位素分配系數α為。
3、這表明及H2 S中δ與δ34 S(H2 S)之差值將達82‰ 。
4、兩相間發生同位素分餾是由于同位素的熱力學性質有差異 。
5、分子的能量包括分子中的電能 , 加上分子中各原子的平動能、轉動能及振動能 , 以及這些運動互相作用的有關能量 。
6、其中電能是最主要的,但對于同一元素的不同同位素來說,由于外電子層的結構完全相似,因而在分子中的電能基本上是一樣的 。
7、振動能在鍵能中占有一定的地位 , 它恰好是產生同位素分餾的主要原因 。
8、因為振動頻率與其原子質量成反比 。
9、因此,含有較輕同位素的分子比含有較重同位素的同樣分子具有較高的振動頻率,也就是說具有較高的零點能,導致較輕同位素形成的化學鍵較弱,因而容易被打開,分子的活性較大 。
10、因此 , 在兩相的同位素平衡交換反應中,較輕同位素將富集在化學鍵較弱的相中 。
11、自然界引起同位素分餾的地球化學過程包括各種化學的及物理的過程,主要有以下幾種:(1)同位素交換反應:是指參與反應的各相物質在保持化學平衡的狀態下,各物相間發生同位素再分配的現象 。
12、例如在熱液中同時沉淀方鉛礦及閃鋅礦,可以寫出下列同位素交換反應式:地球化學原理(第三版)當反應達到平衡時,各礦物對中同位素組成的比值將為一個常數——平衡常數K,地球化學原理(第三版)當參加化學反應的原子數都為1時 , 如上述PbS-ZnS反應,則分餾系數等于平衡常數 。
13、同一般化學反應的平衡常數與溫度成反比相似 , 在同位素交換反應中同位素分餾系數也與溫度成反比,這就為建立同位素地質溫度計提供了基礎 。
14、(2)動力學分餾:不同同位素組成的同類型化合物由于其化學鍵強度的差異,在單向化學反應過程中反應速率是不同的,輕同位素組成的化學鍵較弱,反應速率較快,因此在反應生成物中常有輕同位素的相對富集 。
15、例如:地球化學原理(第三版)在上述還原反應過程中,K1明顯大于 K2 ,這樣海水中還原為 H 2 S時 , 常有32 S在H2 S中富集 。
16、(3)物理分餾:如在蒸發與凝聚、溶化與結晶、吸附與解吸以及由于濃度與溫度梯度引起的分子或離子的擴散過程中,同位素的質量差都將產生分餾效應 。
17、分子的擴散速度與分子的質量平方根成反比,因而擴散的前方將富集輕同位素 。
18、溶液中離子的擴散亦具類似特點 。
19、H2O在地球化學過程中最重要的物態是水(液態)和汽(氣態) 。
20、海水不斷蒸發成水蒸氣是一個重要的地球化學過程 , 在此過程中水蒸氣中富集1H及16O,而海水中相對富集2H(D)及18O , 這也導致雨水中一般1H及16O較富 。
21、(4)生物化學分餾:由于生物活動和有機反應引起的同位素分餾 。
22、如植物通過光合作用使12C更多地富集于生物合成的化合物中 。
23、因此,生物成因的地質體(如煤、油、氣等)具有最高的12C/13C值 。
24、不同元素的地球化學性質不同,因此引起同位素分餾的不同地球化學過程對不同元素的同位素的影響是不一樣的 。
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