В физике , природное содержание (НС) относится к обилию из изотопов одного химического элемента , как в естественных условиях на планете . Относительная атомная масса (средневзвешенная, взвешенная по значениям молярной доли содержания) этих изотопов - это атомный вес, указанный для элемента в периодической таблице . 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 U, 235 U и 234 U. Их соответствующие природные содержания мольных долей 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 приблизительно 99 274 238 атомов U, приблизительно 720 235 атомов U и очень мало (наиболее вероятно 5 или 6) 234 атомов U. Это потому, что 238 U намного более стабилен, чем 235 U или 234 U, как показывает период полураспада каждого изотопа: 4,468 × 10 9лет для 238 U по сравнению с 7,038 × 10 8 лет для 235 U и 245 500 лет для 234 U.
Именно потому, что разные изотопы урана имеют разный период полураспада, когда Земля была моложе, изотопный состав урана был другим. Например, 1,7 × 10 9 лет назад числовая апертура 235 U составляла 3,1% по сравнению с сегодняшними 0,7%, и по этой причине мог образоваться естественный ядерный реактор деления , чего сегодня не может произойти.
Однако на естественное содержание данного изотопа также влияет вероятность его образования в процессе нуклеосинтеза (как в случае самария ; радиоактивных 147 Sm и 148 Sm гораздо больше, чем стабильных 144 Sm) и производства данного изотопа. как дочка естественных радиоактивных изотопов (как в случае радиогенных изотопов свинца ).
Отклонения от естественного обилия [ править ]
Теперь из изучения Солнца и примитивных метеоритов известно, что Солнечная система изначально была почти однородной по изотопному составу. Отклонения от (эволюционирующего) среднего галактического значения, взятого локально в то время, когда началось ядерное горение Солнца, обычно можно объяснить массовым фракционированием (см. Статью о массово-независимом фракционировании ) плюс ограниченным числом ядерных процессов распада и трансмутации. [2] Есть также свидетельства введения короткоживущих (ныне потухших) изотопов в результате взрыва близлежащей сверхновой, который мог вызвать коллапс солнечной туманности. [3] Следовательно, отклонения от естественного изобилия на Земле часто измеряются в частях на тысячу ( промилле или ?? ‰), потому что они меньше одного процента (%).
Исключение составляют досолнечные зерна, обнаруженные в примитивных метеоритах. Эти мелкие зерна конденсировались в потоках эволюционировавших («умирающих») звезд и избежали процессов смешения и гомогенизации в межзвездной среде и солнечном аккреционном диске (также известном как солнечная туманность или протопланетный диск). [4] [ требуется пояснение ] Как звездные конденсаты («звездная пыль»), эти зерна несут изотопные сигнатуры определенных процессов нуклеосинтеза, в которых были созданы их элементы. [5] В этих материалах отклонения от «естественного изобилия» иногда измеряются в 100 раз. [ Необходима цитата ] [4]
Естественное обилие некоторых элементов [ править ]
В следующей таблице представлены земные распределения изотопов для некоторых элементов. Некоторые элементы, такие как фосфор и фтор, существуют только в виде одного изотопа с естественным содержанием 100%.
| Изотоп | % физ. избыток | атомная масса |
|---|---|---|
| 1 ч | 99,985 | 1,007825 |
| 2 ч | 0,015 | 2,0140 |
| 12 С | 98,89 | 12 (ранее по определению) |
| 13 С | 1.11 | 13,00335 |
| 14 с.ш. | 99,64 | 14.00307 |
| 15 с.ш. | 0,36 | 15,00011 |
| 16 O | 99,76 | 15,99491 |
| 17 O | 0,04 | 16,99913 |
| 18 O | 0,2 | 17,99916 |
| 28 Si | 92,23 | 27,97693 |
| 29 Si | 4,67 | 28,97649 |
| 30 Si | 3.10 | 29,97376 |
| 32 ю.ш. | 95,0 | 31,97207 |
| 33 ю.ш. | 0,76 | 32,97146 |
| 34 ю.ш. | 4,22 | 33,96786 |
| 35 Cl | 75,77 | 34,96885 |
| 37 Cl | 24,23 | 36,96590 |
| 79 руб. | 50,69 | 78,9183 |
| 81 руб. | 49,31 | 80,9163 |
См. Также [ править ]
Сноски и ссылки [ править ]
- ^ "Изотопы урана" . GlobalSecurity.org . Проверено 14 марта 2012 года .
- ^ Клейтон, Роберт Н. (1978). «Изотопные аномалии в ранней солнечной системе» . Ежегодный обзор ядерной науки и физики элементарных частиц . 28 : 501–522. Bibcode : 1978ARNPS..28..501C . DOI : 10.1146 / annurev.ns.28.120178.002441 .
- ^ Зиннер, Эрнст (2003). «Изотопный взгляд на раннюю солнечную систему» . Наука . 300 (5617): 265–267. DOI : 10.1126 / science.1080300 . PMID 12690180 . S2CID 118638578 .
- ^ а б Андерс, Эдвард; Зиннер, Эрнст (1993). «Межзвездные зерна в примитивных метеоритах: алмаз, карбид кремния и графит» . Метеоритика . 28 (4): 490–514. Bibcode : 1993Metic..28..490A . DOI : 10.1111 / j.1945-5100.1993.tb00274.x .
- ^ Зиннер, Эрнст (1998). «Звездный нуклеосинтез и изотопный состав пресолнечных зерен из примитивных метеоритов». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 26 : 147–188. Bibcode : 1998AREPS..26..147Z . DOI : 10.1146 / annurev.earth.26.1.147 .
- ^ Лида, DR, изд. (2002). CRC Справочник по химии и физике (83-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 0-8493-0483-0.
Внешние ссылки [ править ]
- Интерактивный стол Berkeley Isotopes Project
- Список услуг для научных приборов
- Инструменты для расчета распределения изотопов с низкой и высокой точностью
