定義ABCの概念

Raquel Jyreh Barreto Rondon | 2022年6月
リック。 地球化学

左側の上付き文字（¹⁸また、 ²H、 ¹⁵N）は原子の質量数を表し、陽子と中性子の数の合計を表します。 同位体の例は、文字Hで反映される水素の同位体であり、その同位体はプロチウム（¹H）、重水素（²H）およびトリチウム（³H）、それぞれが最初のものより1つまたは2つ多い中性子を持っていることを示しています。

同位体の分類

同位体の核の安定性に応じて、これらは安定および放射性に分類されます。

放射性：それらは不安定同位体とも呼ばれ、核の崩壊または崩壊によってある同位体から別の同位体に変換し、放出する特性を持っています エネルギー 変換の進行に伴う放射性の形で。 水素同位体の例の場合、その放射性同位体はトリチウムです。 ³H、崩壊してヘリウム3に変換することができます（³彼）。 しかし、放射性同位元素はそれだけではなく、もっとたくさんあります。

安定：安定同位体には、地質学的時間スケールで他の同位体に崩壊しない核があります。 これは、それらが他の同位体に変換されないことを意味します。 それらはほとんどの化合物に見られます。 それらは低分子量で比較的大きな質量差を持っています。

それらは本質的に非常に豊富な元素であり、さまざまな酸化状態で見られ、さまざまな種類の化学結合を形成します。 同様に、それらは軽いものと重いものの2つのタイプに分類できます。

たとえば、水素の安定同位体はプロチウム（¹H）および重水素（²H）。 後者は重い、前者は軽い。

その存在量は等しくなく、発生するプロセスに依存します。これにより、より安定した軽い同位体またはより安定した重い同位体があるかどうかが決まります。 陽子に対して1つまたは2つの余分な中性子があり、同位体の放射性崩壊から生成される可能性があります 放射性。

同位体分別

重い同位体と軽い同位体の存在量の違いは、自然のプロセスによるものであり、得られる化合物に存在します。 化学反応、物理的、生物学的、代謝的、地球化学的プロセスから始まり、自由に参加し、 の違い 反応速度 各。

発生するプロセスとどちらか一方の存在量は、化学結合と原子の引力に依存します。これは、重い同位体の場合に大きくなり、原子の引力が減少します。 速度 結合を壊すのにより多くのエネルギーを必要とするので反応の。

ソースソースとその反応生成物の間の特定の不均等な分布は、同位体分別と呼ばれ、 同位体が1つの物質と別の物質または同じの異なる相の間で分配される方法を指します 物質。

同位体分別の重要性は、異なるグループの安定同位体の比率に変化が生じるためです。 元素とそれが生成する同位体信号は、元素のサイクル内で特定のプロセスが発生したかどうか、またはどの程度の大きさで発生したかを示すことができます 明確な。

その結果、同位体分別を受ける反応の生成物は、 それが由来する源またはそれによってプロセスを識別するのに役立つ独特の同位体組成 俺パス。

分別の例は、海洋での水の蒸発プロセスです。このプロセスでは、蒸発する水が蒸気中の軽い同位体を次のように運び去ります。 ¹H₂¹⁶また; そして海の水に水の重い同位体を残します ¹H₂¹⁸または ¹H₂H¹⁶また。 この場合、18Oは酸素の重い同位体であり、16Oは軽い同位体です。

現在、同位体分別は2つの異なるプロセスによって発生します。 バランス 化学同位体と速度論的同位体の平衡。

化学的同位体平衡

このプロセスで発生する反応 両替 同位体は、閉じた均質なシステム内のさまざまな種を介した同じ元素の同位体の再分布を囲みます。

速度論的同位体平衡

この場合、このプロセスは、特定の同位体の両方向の反応速度が同じであることを意味しますが、同位体組成を意味するものではありません。 平衡状態にある2つの化合物の割合が等しい場合、各化合物の2つの異なる同位体間に存在する関係が特定の時点で一定であるという事実を指します。 温度.

平衡に達するために発生する反応を通して、最も高い酸化状態を持つ最も重い同位体が優先的に蓄積します。

同位体平衡の例は、の可逆的な物理過程で発生するものです。 結露 と水の蒸発：

H₂¹⁶また_（蒸気） + H₂¹⁸また_（液体） ⇔H₂¹⁸また_（蒸気） + H₂¹⁶また_（液体）

同位体分別によって生成される最終的な同位体組成の特定の違いは、 標準値のサンプルと比較し、その違いを濃縮または枯渇として記録することによる質量分析計 対象の同位体であり、分別係数（α）、同位体差、または濃縮の3つのパラメータを使用して報告されます 同位体（ε）および 差別 同位体（δ）。

分別係数（α）

分別係数は、AとBの2つの共存相間の安定同位体の分布に対応し、次のように表されます。 次のように、液相に存在する重同位体の量を気相に存在する重同位体の量で割った商 方程式：

α ^PX =（R）_A /（R）_B。 (1)

ここで、Rは重い同位体の量です（^PX）光​​同位体の量で割った値（^LX）、下付き文字で示されるフェーズに基づいて、次の関係で表されます。

R = ^Pバツ / ^Lx（2）

同位体差または同位体濃縮（ε）

これは、分別係数から1を引いたものとして表され、1000分の1（‰）で表され、次の式で与えられます。

ε ^PX A- B =（α-1）x 1000‰（3）

同位体識別（δ）

これは、サンプル中の重同位体の量を、標準に存在する重同位体の量で割った商を作成することによって推定されます。 異なるサンプルから得られた周波数が比較できるように、1を引いた重い同位体の値の参照として使用される材料。

計算を容易にするために、1000分の1（‰）で表されます。 表現 次の式に示すように、結果の

δ ^Pバツ_サンプル = {[（R）_サンプル /（R）_標準]-1} x 1000‰（4）

ここで、Rは重い同位体の量です（^PX）光​​の量の間（^LX）、サンプルと標準の両方。

2つの相の間に与えられる同位体分別が温度に基づいて作用することを明確にすることが重要です。 前述の関係の変化、特に最後にあった同位体識別の変化 説明した。