Природное изобилие - Natural abundance

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%. 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 (скорее всего 5 или 6) ²³⁴ атомов U. Это связано с тем, что ²³⁸ U намного более стабилен, чем ²³⁵ U 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 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 не может произойти сегодня.

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

Теперь из изучения Солнца и примитивных метеоритов известно, что Солнечная система изначально была почти однородной по изотопному составу. Отклонения от (эволюционирующего) галактического среднего 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. Есть также свидетельства инъекции короткоживущих (ныне потухших) изотопов в результате взрыва ближайшей сверхновой, который мог вызвать коллапс солнечной туманности. Следовательно, отклонения от естественного обилия на Земле часто измеряются в частях на тысячу ( промилле или ??), потому что они составляют менее 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). Как звездные конденсаты («звездная пыль») эти зерна несут изотопные сигнатуры определенных процессов нуклеосинтеза, в которых были созданы их элементы. В этих материалах отклонения от «естественного изобилия» иногда измеряются в 100 раз.

Естественное обилие некоторых элементов

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%.

Смотрите также

• Изобилие химических элементов
• Продукт распада
• Изотоп
• Пресолнечные зерна
• Радионуклид

Сноски и ссылки

внешние ссылки

• Интерактивный стол Berkeley Isotopes Project
• Список услуг для научных приборов
• Инструменты для расчета распределения изотопов с низкой и высокой точностью