평형분수

평형 동위원소 분율은 화학 평형에서 둘 이상의 물질 사이에 동위원소를 부분적으로 분리하는 것이다. 평형 분율은 저온에서 가장 강력하며, (운동동위원소 효과와 함께) 가장 널리 사용되는 동위원소 고생물계(또는 기후 대리점)의 기초를 형성한다. 얼음 코어의 D/H 및 O/¹⁶O 기록, 탄산칼슘의 O/¹⁶O 기록. 따라서 지질 온도 기록의 구축에 중요하다.^[1] 평형 공정에서 기인하는 동위원소 분율은 수소(D/H)에서 우라늄(²³⁸U/U)²³⁵에 이르는 많은 원소에서 관찰되었다. 일반적으로 빛 원소(특히 수소, 붕소, 탄소, 질소, 산소, 황)는 분리에 가장 취약하며, 동위원소는 무거운 원소보다 더 큰 정도로 분리되는 경향이 있다.

정의

대부분의 평형 분율은 보다 질량이 큰 동위원소를 보다 적은 동위원소로 대체할 때 진동 에너지(특히 0점 에너지)의 감소에서 비롯된다고 생각된다. 이는 진동 에너지가 동위원소 대체에 가장 민감한 물질(즉, 결합력 상수가 가장 높은 물질)에서 대규모 동위원소의 고농도로 이어진다.

분자 AX와 BX에서 원소 "X"의 두 동위원소 X와 X의 교환을 포함하는 반응에서,

${\displaystyle {\ce {{A^{\mathit {l}X}+B^{\mathit {h}X<=>{}}}A^{\mathit{h}X}+B^{\mathit{l}X}}}${A^{\mathit {h}}X}+B^{\mathit {l}}X}}}">

각 반응제 분자는 동위원소의 분포를 제외하고 제품과 동일하다(즉, 동위원소다). 교환 반응에서 동위원소 분율의 양은 분율 인자로 표현될 수 있다.

${\displaystyle \alpha ={\frac {(^{h}{\ce{X}{\X}}{\x}}}}}{\ce {AX}}}}}}}{^{h}{\ce {X}}}}}}}}}}}{{\ce {BX}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

${\displaystyle \alpha }$= ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \alpha =1}$은 동위원소가 AX와 BX 사이에 균등하게 분포하고 동위원소 분율이 없음을 나타낸다$$. > ${\displaystyle \alpha >1}$은 X가 AX 물질에 집중되어 있음을 나타내고, < 1 ${\displaystyle \alpha <1}$은 X가 BX 물질에 집중되어 있음을 나타낸다. α는 평형 상수(K_eq):

${\displaystyle \알파 =(K_{eq}\cdot \Pi \sigma _{Products}/\Pi \sigma _{Reactants}^{1/n}}}}}$

where ${\displaystyle \Pi \sigma _{Products}}$ is the product of the rotational symmetry numbers of the products (right side of the exchange reaction), ${\displaystyle \Pi \sigma _{Reactants}}$ is the product of the rotational symmetry numbers of the reactants (left side of the exchange n은 교환된 원자의 수입니다.

평형 동위원소 분율의 예로는 수증기에 비례하여 액체 상태의 물에 있는 산소 중 동위원소의 농도를 들 수 있다.

${\displaystyle {\ce {{H2{16}O}{{{16}O}{{{{18}O}{{{H2}O}{{18}O}{{{L)}}}{H2}{16}O}}}}}}}}}{{16}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}"${H2{^{18}O}{(l)}}+{H2{^{16}O}{(g)}}}}}">

20 °C에서 이 반응에 대한 평형분율 계수는

${\displaystyle \alpha ={\frac {{\ce{{{18}O/^{16}O)}{{Liquid}}}{{\ce{{{^{18}O}}}}}{Vapor}}}}}}=1.0098}$

평형 분율은 질량에 의존하는 동위원소 분율의 일종인 반면 질량에 독립적인 분율은 보통 평형화되지 않는 과정으로 가정된다.

비균형 반응의 경우 GEBIK와 GEB가 동위원소 효과를 더 잘 설명한다.모든 화학적 및 생화학 반응에서 비안정적 동위원소 효과를 일반화하는 과도 운동 동위원소 분리에 대한 IF 방정식.^[2]

예

수증기가 응축하면(평형분율) 중수동위원소(HO와₂¹⁸ HO₂)가 액체상에서는 농축되는 반면 가벼운 동위원소(HO와₂¹⁶ HO₂)는 증기상 쪽으로 기울게 된다.^[3]

기타유형분할

• 운동분수
• 질량 독립분수
• 과도 운동 동위원소 분율

참고 항목

• 평형 상수#동위원소 치환 효과
• 동위원소 분석
• 동위원소 전기화학
• 동위원소 지질화학
• 운동 동위원소 효과
• 안정 동위원소
• 표준 전극 전위

참조

Chacko T, Cole D.R, Horita J.(2001) 지질 시스템에 적용할 수 있는 평형산소, 수소 및 탄소 동위원소 분율 계수. 광물학 및 지구화학에 대한 리뷰, v. 43, 페이지 1-81.

호리타 J.와 베솔로프스키 D.J.(1994) 동결부터 임계 온도까지 물의 산소와 수소 동위원소의 액체-증기 분율. Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 58, 페이지 3425-2437.

외부 링크

AlphaDelta: 안정적 동위원소 분율 계산기 - http://www2.ggl.ulaval.ca/cgi-bin/isotope/generisotope.cgi