İzotop fraksiyonlama
Bir izotopik fraksiyonasyon arasında farklı bir davranış farkı izotoplar aynı kimyasal element böylece, belirli bir fiziksel ya da kimyasal işlem sırasında izotop oranı (ler) işlemi sırasında değişir. Bu, özellikle tamamlanmamış bir hal değişimi, kısmi bir kimyasal reaksiyon veya gözenekli bir ortamdan geçen bir akış sırasında geçerlidir : kısmi dönüşümün ürünü , ayrılma malzemesininkinden biraz farklı bir izotopik bileşime sahiptir . Fark, hafif elementler için (düşük atomik kütleli ), ağır elementlerden daha belirgindir . İkiden fazla izotop düşünüldüğünde, bu izotoplar arasındaki farklı niceliksel özelliklerdeki varyasyon, pratik olarak kütle farklarıyla orantılıdır.
Bir durum değişikliğine veya bir kimyasal reaksiyona eşlik eden izotopik fraksiyonlama, meydana gelip gelmediğine bağlı olarak farklı bir yasayı izler:
- dengeye yakın . Fraksiyonlama oranı (burada r , bir izotopik oranı belirtir) daha sonra bilinen bir yasayı izler ve özellikle sıcaklığa bağlıdır. Petrolojide iyi bir şekilde kullanılır ( kayaların dengelendiği sıcaklığı belirlemek için );
- dengeden uzak. Bu durumda, farklı izotoplar için aynı olmayan, dönüşümün veya reaksiyonun hızıdır. Bu kinetik fraksiyonlama genel olarak dengede fraksiyonlamadan daha belirgindir. Bu kullanılan paleoiklimbilimden (belirlenmesi için paleosıcaklıkların ) ve Paleobiyoloji (etki gösteri için biyolojik süreçler çok eski örneklerinde).
Gözenekli bir ortamdan akış veya kimyasal difüzyon gibi diğer işlemler için hızda da bir fark vardır . Bu izotopik etki özellikle uranyumun zenginleştirilmesi için kullanılmaktadır .
Menşei
İzotopik fraksiyonlaşmanın varlığı paradoksal görünebilir çünkü aynı elementin izotoplarının aynı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olduğu kabul edilir (çünkü aynı sayıda protona sahip oldukları için aynı sayıda elektrona ve dolayısıyla aynı elektronik alayına sahiptirler ve bu, kimyasal özellikleri ve fiziksel özelliklerin büyük bir bölümünü veren ikincisidir). Ancak bu özdeşlik yalnızca ilk yaklaşım olarak doğrudur:
- bazı fiziksel süreçler doğrudan atomların veya moleküllerin kütlesini içerir . Bu, örneğin gazlı bir ortamda difüzyon yasasında gösterildiği gibi özellikle difüzyonla ilgili bir durumdur . Örneğin, 235 UF 6 moleküller daha hızlı yayılması 238 UF 6 moleküller onlar daha hafif olduğun için;
- bir faz değişimi sırasında, daha hafif moleküller, bir fazdan diğerine, aynı kimyasal bileşimin daha ağır moleküllerine göre biraz daha hızlı hareket ederler. Örneğin deniz suyunun buharlaşması sırasında üretilen su buharı , başlangıçtaki deniz suyuna göre HDO açısından biraz daha az zengindir . Kimyasal bir reaksiyonda ayrıca hafif moleküller, ağır moleküllerden biraz daha hızlı reaksiyona girer;
- izotopik bileşime bağlı olarak denge özelliklerinin neden biraz farklı olduğunu anlamak daha zordur. Ancak, aşağıdaki benzetmenin de gösterdiği gibi, atomik kütle de söz konusudur;
Bir kristalde atomlar veya moleküller sanki yaylarla birbirine bağlanmış gibi titrer. Yay sistemi ağırlığın titreşim periyodu olduğu yerde, m, ağırlıkça kütlesini gösterir ve k sertlik yayının. Yay, atomlar veya moleküller arasındaki etkileşimlerin (çekim ve itme) rolünü oynar. Sertlik değişmese bile, titreşimlerin frekansı kütleye göre değişir: Titreşim enerjilerini içeren herhangi bir malzemenin enerji miktarı, izotopik bileşime bağlı olarak biraz değişir.
- Son olarak, iyonlaşma enerjisi gibi tek elektronik alay ile doğrudan bağlantılı özellikler bile , aynı elementin iki izotopu arasında kesinlikle aynı değildir. Atom çekirdeğinde ek nötronların varlığı , çekirdek elektronları tarafından çekirdeğin tarama etkisini değiştirir, bu da çevresel elektronların enerjisini çok az değiştirir .
Notlar ve referanslar
Notlar
- Bu orantılılık, hidrojen durumunda kusurludur , çünkü izotoplar ( 1 H , 2 H , 3 H ) arasındaki kütle farkları , birinin veya diğerinin atomik kütlesine kıyasla küçük değildir .
- Ürünün farklı kristalografik bölgelerinde bir kimyasal element bulunduğunda , izotopik fraksiyonlama farklı bölgeler için farklı olabilir.
- İzotopların kinetik fraksiyonlaşması, kimyasal elementler gibi, aynı kristalin yüz yüze farklılık gösterebilir. Böylece kimyasal ve izotopik bir sektörel bölgeleme gözlemleyebiliriz .
Referanslar
- (in) Julie Aufort Loïc Segalen, Christel Gervais, Lorenzo Paulatto Marc Blanchard ve Stephen Balan, " Apatit içinde oksijen, karbon ve kalsiyumun bölgeye özgü denge izotopik fraksiyonasyonu " , Geochimica ve Cosmochimica Açta , cilt. 219,15 Aralık 2017, s. 57-73 ( DOI 10.1016 / j.gca.2017.09.020 ).
Ayrıca görün
İlgili Makaleler
Dış bağlantılar
- AlphaDelta: Kararlı İzotop Fraksiyonasyon Hesaplayıcısı - http://www2.ggl.ulaval.ca/cgi-bin/isotope/generisotope.cgi