东华理工大学地球化学课件6（曹双林）

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1、地球化学曹双林地球科学与资源信息系2009年秋季第六章同位素地球化学IsotopeGeochemistry一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicCompostionsofElementsInNature1.同位素的基本性质PropertiesofIsotopes(1)核素与同位素NuclidesandIsotopes核素是由一定数量的质子(proton)和中子(neutron)构成的原子核(nucleus)。具有质量、电荷、能量、放射性、丰度五种特性。16O原子核→8个质子+8个中子。具有相同质子数的核素称为元素。具有相同质子数和不同中子数的一组核素称为同位素。(2)同位素的分类

2、ClassificationofIsotopes按原子核的稳定性分类:一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicCompostionsofElementsInNature同位素放射性同位素RadioactiveIsotope稳定同位素StableIsotope放射性同位素的原子核是不稳定的，它们以一定方式自发的衰变(decay)成其它核素的同位素，比如238U→206Pb（经过8次α衰变和6次β衰变）；235U→207Pb（经过7次α衰变和4次β衰变）。凡原子核能稳定存在的时间大于1017a的就可称为稳定同位素。一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicCompostionsof

3、ElementsInNature目前已发现的天然同位素：340种稳定同位素：273种放射性同位素：67种人工合成的放射性同位素：1200多种凡是原子序数（atomicnumber）大于83的、质量数（mass/nuclearnumber）大于209的同位素都是放射性同位素。一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicCompostionsofElementsInNature在原子序数小于83、质量数小于209的同位素中，只有14C、40K、87Rb具放射性，其余均为稳定同位素。稳定同位素还可以进一步分为：轻稳定同位素和重稳定同位素。①轻稳定同位素特点：原子量小、同一元素的同位素间相对质

4、量差大一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicCompostionsofElementsInNature同位素组成变化的主要原因是同位素分馏造成（不可逆）。②重稳定同位素特点原子量大、同一元素的同位素间相对质量差小；同位素组成变化的主要原因是由放射性衰变引起（不可逆）一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicCompostionsofElementsInNature2.自然界同位素成分变化VariationofIsotopicCompositionsinNature(1)稳定同位素分馏IsotopicFractionation：轻稳定同位素的相对质量差较大，在自然作用过程中由于

5、这种质量差异引起的同位素相对丰度的变异，称为同位素分馏（作用）。根据分馏作用的性质和条件，同位素分馏可分为：一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicCompostionsofElementsInNature①物理分馏PhysicalFractionation:也称为质量分馏，由质量引起的一系列物理性质的微小差异，如密度(density)、熔点(meltinggpoint)、沸点(boilingpoint)等.②动力分馏DynamicFractionation:含有两种同位素的两类分子时，它们参加化学反应的活性(activity)有差异。质量不同的同位素分子具有不同的分子振动频率(v

6、ibrationfrequency)和化一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicCompostionsofElementsInNature学键强度。轻同位素形成的键比重同位素的键更易破裂，因此轻同位素的反应速率高。e.g.C+16O→C16O2K1C+16O18O→C16O18OK2K1/K2=1.18③平衡分馏EquilibriumFractionation：在化学反应中反应物和生成物之间由于物态、相态、价态以及化学键性质的变化，使轻重同位素分别富集在不同分子中而发生的分异叫平衡分馏一、自然界同位素成分变化的机理1/3CaC16O3+H218O⇔1/3Ca18O3+H216O④生

7、物化学分馏BiochemicalFractionation：生物活动和有机反应引起的同位素分馏，包括C、S、N等元素的同位素等。(2)同位素丰度的表示方法ExpressionsofIsotopicAbundance:①同位素比值(IsotopicRatio)或同位素丰度比(R)：单位物质中某元素的重同位素和轻同位素的原子数之比称为同位素比值。一、自然界同位素成分变化的机理陨石中硫同位素：R=34S/32S=1/22.22；大气中氧同