Природное изобилие
В физике которые естественное изобилие (NA) относится к изотопам химического элемента , естественным образом встречаются на планете . Относительная атомная масса (средневзвешенное значение, взвешенное по показателям содержания мольных долей ) этих изотопов представляет собой атомный вес , указанный для элемента в таблице Менделеева . Распространенность изотопа варьируется от планеты к планете и даже от места к месту на Земле, но остается относительно постоянной во времени (в краткосрочном масштабе).
Например, уран имеет три встречающихся в природе изотопа : 238 В, 235 У, и 234 U. Их соответствующие природные мольные доли составляют 99,2739–99,2752%, 0,7198–0,7202% и 0,0050–0,0059%. [1] Например, если проанализировать 100 000 атомов урана, можно было бы ожидать найти примерно 99 274 атомов. 238 Атомы урана, примерно 720 235 Атомы урана, и очень мало (скорее всего, 5 или 6) 234 Атомы урана. Это потому, что 238 U гораздо более стабилен, чем 235 У или 234 U, как показывает период полураспада каждого изотопа: 4,468 × 10. 9 лет для 238 U по сравнению с 7,038×10 8 лет для 235 U и 245 500 лет для 234 В.
Именно потому, что разные изотопы урана имеют разные периоды полураспада, когда Земля была моложе, изотопный состав урана был разным. Например, 1,7×10. 9 лет назад НС 235 U составлял 3,1% по сравнению с сегодняшними 0,7%, и это позволило природный ядерный реактор деления сформировать , чего сегодня не может произойти.
Однако на естественное содержание данного изотопа также влияет вероятность его создания в ходе нуклеосинтеза (как в случае самария ; радиоактивный 147 См и 148 Sm гораздо более многочисленны, чем стабильные 144 См) и образованием данного изотопа как дочернего элемента природных радиоактивных изотопов (как в случае радиогенных изотопов свинца ).
Отклонения от естественного изобилия
[ редактировать ]Благодаря изучению Солнца и примитивных метеоритов теперь известно, что Солнечная система изначально была почти однородной по изотопному составу. Отклонения от (развивающегося) галактического среднего значения, локально отобранного примерно в то время, когда началось ядерное горение Солнца, обычно можно объяснить массовым фракционированием (см. Статью о независимом от массы фракционировании ) плюс ограниченное количество процессов ядерного распада и трансмутации. [2] Есть также свидетельства попадания короткоживущих (ныне вымерших) изотопов в результате близлежащего взрыва сверхновой, который мог спровоцировать коллапс солнечной туманности. [3] Следовательно, отклонения от естественной численности на Земле часто измеряются в частях на тысячу ( промилле или ‰), поскольку они составляют менее одного процента (%).
Исключение составляют пресолнечные зерна, обнаруженные в примитивных метеоритах. Эти мелкие зерна конденсировались в потоках эволюционировавших («умирающих») звезд и избежали процессов смешивания и гомогенизации в межзвездной среде и солнечном аккреционном диске (также известном как солнечная туманность или протопланетный диск). [4] [ нужны разъяснения ] Будучи звездными конденсатами («звездной пылью»), эти зерна несут изотопные признаки конкретных процессов нуклеосинтеза, в ходе которых были созданы их элементы. [5] В этих материалах отклонения от «естественного изобилия» иногда измеряются в 100 раз. [ нужна ссылка ] [4]
Природное изотопное содержание некоторых элементов
[ редактировать ]В следующей таблице приведены распределения земных изотопов некоторых элементов. Некоторые элементы, такие как фосфор и фтор , существуют только в виде одного изотопа с естественным содержанием 100%.
| Изотоп | % нат. избыток | атомная масса |
|---|---|---|
| 1 ЧАС | 99.985 | 1.007825 |
| 2 ЧАС | 0.015 | 2.0140 |
| 12 С | 98.89 | 12 (ранее по определению) |
| 13 С | 1.11 | 13.00335 |
| 14 Н | 99.64 | 14.00307 |
| 15 Н | 0.36 | 15.00011 |
| 16 ТО | 99.76 | 15.99491 |
| 17 ТО | 0.04 | 16.99913 |
| 18 ТО | 0.2 | 17.99916 |
| 28 И | 92.23 | 27.97693 |
| 29 И | 4.67 | 28.97649 |
| 30 И | 3.10 | 29.97376 |
| 32 С | 95.0 | 31.97207 |
| 33 С | 0.76 | 32.97146 |
| 34 С | 4.22 | 33.96786 |
| 35 кл. | 75.77 | 34.96885 |
| 37 кл. | 24.23 | 36.96590 |
| 79 Бр | 50.69 | 78.9183 |
| 81 Бр | 49.31 | 80.9163 |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Изотопы урана» . GlobalSecurity.org . Проверено 14 марта 2012 г.
- ^ Клейтон, Роберт Н. (1978). «Изотопные аномалии в ранней Солнечной системе». Ежегодный обзор ядерной науки и науки о элементарных частицах . 28 : 501–522. Бибкод : 1978ARNPS..28..501C . дои : 10.1146/annurev.ns.28.120178.002441 .
- ^ Зиннер, Эрнст (2003). «Изотопный взгляд на раннюю Солнечную систему» . Наука . 300 (5617): 265–267. дои : 10.1126/science.1080300 . ПМИД 12690180 . S2CID 118638578 .
- ^ Jump up to: а б Андерс, Эдвард; Зиннер, Эрнст (1993). «Межзвездные зерна в примитивных метеоритах: алмаз, карбид кремния и графит» . Метеоритика . 28 (4): 490–514. Бибкод : 1993Metic..28..490A . дои : 10.1111/j.1945-5100.1993.tb00274.x .
- ^ Зиннер, Эрнст (1998). «Звездный нуклеосинтез и изотопный состав пресолнечных зерен примитивных метеоритов». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 26 : 147–188. Бибкод : 1998AREPS..26..147Z . дои : 10.1146/annurev.earth.26.1.147 .
- ^ Лиде, Д.Р., изд. (2002). Справочник CRC по химии и физике (83-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 0-8493-0483-0 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Интерактивная таблица проекта Berkeley Isotopes Project (архив 2015 г.)
- Точные массы элементов и содержание изотопов , Услуги научных приборов
- Инструменты для расчета изотопного распределения низкой и высокой точности (архив 2011 г.)