最新东华理工大学地球化学课件6(曹双林)课件PPT.ppt

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1、东华理工大学地球化学课件6(曹双林)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ClassificationofIsoto

2、pes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VariationofIsotopicComposi

3、tionsinNature(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

4、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(vibrationfrequency)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

5、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

6、机理陨石中硫同位素：R=34S/32S=1/22.22；大气中氧同位素：R=18O/16O=0.1995/99.763=0.002②同位素分馏系数FractionationParameter(α):在同位素分馏达到平衡的条件下，二种物质中某元素的相对同位素比值之商称为同位素分馏系数。一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicCompostionsofElementsInNature同位素交换反应式：aA1+bB2—aA2+bB1（A、B为含有相同元素的两种分子，1和2分别代表轻和重同位素，a、b为分子系数）α=RA/RB=(φA2/φA1)/(φB2/φB

7、1)e.g.C16O2+3H218O---C18O2+3H216Oα=(18O/16O)CO2/(18O/16O)H2O=1.0407(25℃时)一般来说α值几乎都接近1，当=1时，说明未产生分馏，当与1的偏差越大，说明分馏作用越强。α=Ka/b一、自然界同位素成分变化的机理IsotopicCompostionsofElementsInNature③同位素分馏的通用表达法(Expression)选定某一个样品的R值做标准，其它样品的R值与该标准对照，便可知道这些样品的同位素比标准富集或贫化的程度。通常，这种相对富集或相对贫化的程度用δ表示：δ（‰）=（R样-R

8、标）/R标Ⅹ1000=(R样/R标-1