同位素与全球环境变迁2.ppt

2同位素的有关基本概念2.1同位素的分类2.1.1同位素的定义,同位素定义核内质子数相同而中子数不同的同一类原子。,,16O8,17O8,18O812C6,13C614N7,15N7,,目前地球上存在的同位素有三种（1）半衰期特短，目前仪器测不出，虽然它们可能在前太阳系期间丰度高，它们已全部衰变为子体同位素。（2）半衰期特长，目前仪器测不出其同位素组成的变化，其衰变的子体同位素含量极低，目前仪器测不出，认为该同位素稳定。（3）半衰期介于前两种之间，目前仪器可以测出其同位素组成的变化。,2.1.2同位素的分类,（1）放射性同位素原子核不稳定，能自发进行放射性衰变，而转变为其它一类核素的同位素称为放射性同位素。具有特定质量数和原子序数的元素叫核素。这即是以上所说的第（3）类目前仪器尚可以测定出变化的同位素。,,（2）稳定同位素原子核稳定，其本身不会自发进行放射性衰变的同位素。这即是以上所说的第（2）类目前人类仪器尚不可能测定出其发生变化的同位素。,,元素进行放射性衰变的动力在于原子核的不稳定性。一种元素的原子核的稳定性是构成原子核的质子和中子数目，以及它们之间的约束能的函数。,2.2核内性质与核外性质2.2.1核内性质,核内性质由核内的质子和中子数目及它们之间的比例所决定的性质叫核内性质。核内性质有两个a.同位素的质量，b.同位素的放射性放射性衰变、放射性裂变。,2.2.2核外性质,核外性质由核外电子的数量和分布所决定的性质叫核外性质。这即通常所讲的元素的性质，它表现为不同元素之间的化学性质上的差别。,,核内性质是原子核固有的性质，一般外部地质环境与条件的变化不会引起核内性质的改变。只有在特殊条件下，如太阳内部聚变反应，超新星爆炸，以及人造核裂变或核聚变反应中才可能引起核内性质的变化。,,地球形成以及其后的所有地质过程和作用，例如地核形成阶段、壳幔分异阶段、岩浆部分溶融和分异结晶、构造作用、地表的各种风化侵蚀作用等等都不会影响核内性质，即核质量数、天然放射性衰变或裂变半衰期的变化。相反，各种地质作用对于核外性质，即化学性质，都会有影响，包括各种化学反应的发生，化学反应的速度等等。,2.3自然界同位素发生变化的原因,引起同位素发生变化的原因（1）放射性同位素衰变衰变原子核发射出一个4He核，它包含2个质子和2个中子，电荷为2。衰变原子核发射出一个电子，使一个中子变为一个质子。衰变原子核发射出一个能量。（电子俘获）一个原子核捕获了它的核外电子，最大捕获的可能是K层电子。,,（2）核裂变重核放射性同位素自发地分裂为质量相近的二个或几个碎片，同时放射出中子和能量。（3）核聚变由相对轻的元素的同位素在高温高压下聚合形成相对重的元素的同位素。,2.4稳定同位素的分类2.4.1放射成因稳定同位素,放射成因稳定同位素由单个或系列放射性同位素母体衰变而形成的稳定同位素。常用的是,,2.4.2非放射成因稳定同位素,非放射成因稳定同位素没有放射性母体的稳定同位素。常用的有,,2.5表示同位素组成的术语2.5.1同位素丰度,同位素丰度同位素原子在元素总原子数中所占的百分比（）。,2.5.2同位素比值,同位素比值R一种同位素丰度/另一种同位素丰度,,对于放射成因稳定同位素比值R放射成因同位素丰度/一种非放射成因同位素丰度例如，87Sr/86Sr、143Nd/144Nd、138Ce/142Ce、176Hf/177Hf、187Os/186Os、208Pb/204Pb、207Pb/204Pb、206Pb/204Pb,,对于非放射成因稳定同位素比值R重同位素丰度/轻同位素丰度例如，18O/16O、34S/32S、D/H、13C/12C、15N/14N,