稳定同位素、何谓轻稳定同位素和重稳定同位素

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1、2.何谓稳定同位素、何谓轻稳定同位素和重稳定同位素。自然界的同位素按其原子核的稳定性可以分为放射性同位素和稳定同位素两大类。稳定同位素的原子核是稳定的,或者其原子核的变化不能被觉察。目前认为,凡原子能稳定存在的时间大于1017a的就称为稳定同位素。稳定同位素又分为轻稳定同位素和重稳定同位素。轻稳定同位素：1.原子序数Z＜20，ΔA/A≥10%(ΔA为两同位素质量差)；2.发生同位素成分变化的主要原因是同位素分馏作用，其反应是可逆的。轻稳定同位素的特点是:原子量低。同位素之间的相对质量差大。化合物一般具有高度的共价键。元素有多个化学价，氧化态和还原态，

2、如SC；或化合物有多种状态，气、液、固态，如H和O。同位素丰度应足够检测，以便保证质谱分析精度。重稳定同位素原子序数Z＞20，ΔA/A＜10%；特点是：1.原子量大,同一元素各同位素间的相对质量差异小(0.7%～1.2%),环境的物理和化学条件的变化通常不导致重稳定同位素组成改变;2.同位素组成的变化主要是由放射性同位素衰变造成的,这种变化在地球历史的演变中是单方向进行的、不可逆的。例如,放射成因稳定同位素206Pb、207Pb、208Pb、87Sr、143Nd分别由238U、235U、232Th、87Rb、147Sm经衰变形成,因而地质体中铅、锶、

3、铷的同位素组成常受地质体年龄的大小及其中放射性母体同位素丰度的制约。因此,地质体中重稳定同位素的组成变化常常用来研究地球、地质体的演化和成岩成矿作用等,是一个极为重要的地球化学参数和示踪剂。4.造成稳定同位素组成变化的原因是什么？自然界同位素组成经常呈现一定程度的变化。引起同位素成分变化的主要过程有两类:一类是放射性同位素衰变,使母体同位素的数量随时间的推移逐渐减少,同时子体同位素的数量不断增加;另一类是由各种化学和物理过程引起的同位素分馏,氢、碳、硫、硅、氮等同位素组成变化主要是由同位素分馏引起的。对这两类作用的研究是同位素地球化学的主要任务。轻稳

4、定同位素(Z<20)的相对质量差较大(ΔA/A≥10%),在自然过程作用中由于这种质量差所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可区分如下:(1)物理分馏:也称质量分馏,同位素之间由质量引起的一系列物理性质的微小的差别,如密度、熔点、沸点等,使之在蒸发、凝聚、升华、扩散等自然物理过程中发生轻重同位素的分异。经过蒸发凝聚循环,H2O富集在蒸气相中,D2O更多地残留于水体中。经过多次物理分馏,在一些地区(如高纬度区)大气降水中将形成最轻的水。由于地球重力作用会引起轻重同位素分子的扩散分异,如大气圈高空富集14N,而低层1

5、5N集中。单向多次反复的物理过程中,同位素质量分馏效应最明显。(2)动力分馏:含有两种同位素的两类分子时,由于质量不同,它们参加化学反应的活性有差异。质量不同的同位素分子具有不同的分子振动频率和化学键强度。轻同位素形成的键比重同位素的键更易破裂,因此,轻同位素分子的反应速率较高,在平衡共存相间产生微小的分馏,在反应产物中,特别是活动相中更富集轻同位素。(3)平衡分馏: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做平衡分馏,也称同位素交换反应。(4)生物化学分馏:生物活动和有机反

6、应时的同位素分馏效应更强。如植物通过光合作用使12C更多地富集于生物合成有机化合物中。因此生物成因的地质体如煤、石油、天然气等具有最高的w（12C)/w（13C)值。生物化学分馏是同位素分异作用的重要控制反应。参考文献:地球化学.韩吟文.地质出版社