|
Изотопные эффекты
[isotope effects] – изменения изотопного состава химич. элементов, вызванные разнообразными природ. процессами. Существуют два вида И. э. Первый обусловлен ядерными процессами генерации изотопов. К ним относятся α-, β -, 2β-распад, k-захват, спонтанное деление радиоактивных изотопов, а также ядерные реакции в м-лах под действием нейтронов,α-частиц и протонов космич. излучения. В результате возникают такие И. э., как обогащение радиогенными изотопами тех или иных химич. элементов. Эффект варьирует в пределах от долей процента до многих тыс. процентов. Этот вид И. э. лежит в основе геохимии радиогенных изотопов. Др. вид И. э. обусловлен природ. фракционированием изотопов. Изотопные разновид. молекул одинакового элемент. состава из-за квантово-механич. параметров различаются физико-химич. свойствами. У молекул с более тяжелым изотопом минимум свободной энергии ниже, чем у таких же молекул с легким изотопом. Поэтому химич. связи атомов у легкого изотопа слабее, чем у тяжелого. Химич. реакции у молекул с легким изотопом протекают быстрее, чем у молекул с тяжелым изотопом того же элемента. В природ. условиях фракционирование изотопов происходит в двух основных процессах. В равновесных условиях, не сопровождающихся изменением концентрации реагирующих в-в, совершается изотопный обмен. В этом случае изменение изотопного состава (термодинамический изотопный эффект) определяется ко эф. разделения изотопов: αАВ = RA/RB (R – соотношение концентраций выбранных двух изотопов в химич. соединениях А и В). В обычных геологич. условиях коэф. разделения изотопов обратно пропорционален квадрату температуры. Из-за разницы скорости процессов, вызванной бoльшей подвижностью легкого изотопа, в природе происходит кинетическое фракционирование изотопов, напр., в ходе однонаправленных химич. реакций с предпочтительным накоплением легкого изотопа в продуктах реакции, при диффузии, испарении, адсорбции и др. процессах. Диапазон возможного природ. фракционирования изотопов – от долей процента до десятков процентов. Особенно существенно фракционирование изотопов у легких химич. элементов: H, He, Li, C, N, O, Ne, Mg, S, Ar. Этот вид изотопного фракционирования лежит в основе геохимии стабильных изотопов.
|
