Стабільні ізотопи в геохімії.

Якщо нукліди належать одному й тому самому хімічному елементу і мають однакову кількість протонів, але різняться за кількістю нейтронів, то вони називаються ізотопними нуклідами, або просто ізотопами (від гр. ізос — однаковий і топос — місце) Ізотопи — це нукліди одного хімічного елемента, які мають однакове протонне число (заряд ядра). Позначення нуклідів Оксигену:Оксиген-16, Оксиген-17, Оксиген-18 або ¹⁶О, ¹⁷О,¹⁸О

Ізотопи (окремі нукліди) поділяють на стабільні і радіоактивні (радіонукліди). Стабільні нукліди мають усі «парні» елементи і більшість «непарних» з протонним числом (зарядом ядра) < 83. Нукліди всіх елементів, розміщених у періодичній системі після Вісмуту, радіоактивні.

1.Стабільними є головним чином ті нукліди(ізотопи), у яких N і Z(протони і нейтрони) приблизно рівні. До Са в ядрах N = Z, ці атоми очевидно стабільні. 2. Велика частина стабільних нуклідів має парні Z і N. 3. Менш поширені стабільні нукліди з парним Z і непарним N або парних N і непарних Z. 4. Дуже рідкісні стабільні нукліди з непарними Z і N.

Стабільні ізотопи легких елементів (A<40) характеризуються найбільшою відносною різницею мас,

що й забезпечує їх інтенсивне фракціонування в геохімічних процесах. Типові приклади − ізотопи H, C, O, S, особливо першого з них. Вони й використовуються найбільш широко в геохімії стабільних ізотопів:

^14C – період напіврозпаду = 5730 р., Найбільш розповсюджені

інші (10, 11) – “вимерлі”

Геохімія стабільних ізотопів використовується для вирішення різних проблем,наприклад, в геотермометрах для визначення температури утворення порід і мінералів, в магматичних породах для вирішення питання - чи була контамінація корови матеріалом, так як кора має різні ізотопні відносини кисню, ніж мантія.Числові значення ізотопних відносин (2Н/1Н, 18О / 16о, 13С/12С) в різних хімічнихсполуках атмосфери, гідросфери, породах і мінералах літосфери можутьрозглядатися як числові характеристики геологічних об'єктів (газів, води, мінералів, порід), що відображають умови їх походження (генезису).

Загальні принципи:Фракціонування – перш за все за рахунок того, що рух молекул, тобто енергія речовини, залежить від маси їх атомів. Різниця мас атомів впливає на (1)коливальну, (2)поступову та (3)обертальну компоненти руху молекул. Це й призводить до розділення ізотопів.

Наприклад, (2) та (3) не є характерними для твердих тіл. Тому фракціонування ізотопів в мінералах контролюється лише (1).

Зовнішні фактори: (а) – реакції ізотопного обміну, (б) – фізико-хімічні процеси (випаровування/конденсація, плавлення/кристалізація, дифузія)

Представлення ізотопного віку:(параметр порівняння стабільних ізотопів) δ = 1000(R – R_stand)/R_stand (Δ)

R – відношення ізотопів елемента узразку (більш важкий ізотоп – у чисельнику)

R_stand – таке ж відношення в стандарті

Одиниці виміру – проміле (‰), або тисячні частки. Сучасна точність виміру до + 0,0n ‰

Для фаз A та B: Δ(A-B) = δ(A) – δ(B) (різниця ізотопних відношен)

α(A-B) = R(A)/R(B) або α(A-B) = [1000+ δ(A)]/[1000+δ(B)] (константа фракціонування або фактор фракціонування)

δ = 1000(R – R_stand)/R_stand , де R – відношення ізотопів елемента узразку (більш важкий ізотоп – у чисельнику), R_stand – таке ж відношення в стандарті. Одиниці виміру – проміле (‰), або тисячні частки. Для фаз A та B: Δ(A-B) = δ(A) – δ(B) (різниця ізотопних відношен)

α(A-B) = R(A)/R(B) або α(A-B) = [1000+ δ(A)]/[1000+δ(B)] (константа або фактор фракціонування)

Стабільні ізотопи: температурна залежність (300-1200⁰С)

Стандарти:18O/16O та 2D/1H – SMOW: Стандартна середня океанічна вода

13C/12C – PDB: Карбонат белемнита з крейдяної формації Піді (США)

34S/32S – CD: Троіліт з метеорита К-Д’ябло