Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Относительная доля изотопа, встречающегося в природе
Relative proportion of an isotope as found in nature
В физике естественная распространенность (ЕП) относится к содержанию изотопов химического элемента, встречающихся в природе на планете. Относительная атомная масса (средневзвешенное значение, взвешенное по мольным долям) этих изотопов соответствует атомному весу, указанному для элемента в периодической таблице. Содержание изотопа варьируется от планеты к планете и даже от места к месту на Земле, но остаётся относительно постоянным во времени (в краткосрочной перспективе). Например, уран имеет три природных изотопа: 238U, 235U и 234U. Их соответствующие природные мольные доли составляют 99,2739–99,2752%, 0,7198–0,7202% и 0,0050–0,0059%. Например, если проанализировать 100 000 атомов урана, можно ожидать обнаружить приблизительно 99 274 атомов 238U, приблизительно 720 атомов 235U и очень мало (вероятнее всего, 5 или 6) атомов 234U. Это связано с тем, что 238U гораздо стабильнее, чем 235U или 234U, что подтверждается периодом полураспада каждого изотопа: 4,468 × 109 лет для 238U по сравнению с 7,038 × 108 лет для 235U и 245 500 лет для 234U. Именно из-за различных периодов полураспада изотопов урана, когда Земля была моложе, изотопный состав урана был иным. Например, 1,7 × 109 лет назад ЕП 235U составляла 3,1% по сравнению с сегодняшними 0,7%, что позволило сформироваться естественному ядерному реактору, что невозможно в настоящее время. Однако на естественную распространенность данного изотопа также влияет вероятность его образования в процессе нуклеосинтеза (как в случае с самарием; радиоактивные 147Sm и 148Sm гораздо более распространены, чем стабильный 144Sm) и образование данного изотопа как продукта распада природных радиоактивных изотопов (как в случае радиогенных изотопов свинца).
In physics, natural abundance (NA) refers to the abundance of isotopes of a chemical element as naturally found on a planet. The relative atomic mass (a weighted average, weighted by mole fraction abundance figures) of these isotopes is the atomic weight listed for the element in the periodic table. The abundance of an isotope varies from planet to planet, and even from place to place on the Earth, but remains relatively constant in time (on a short term scale). As an example, uranium has three naturally occurring isotopes: 238U, 235U, and 234U. Their respective natural mole fraction abundances are 99.2739–99.2752%, 0.7198–0.7202%, and 0.0050–0.0059%. For example, if 100,000 uranium atoms were analyzed, one would expect to find approximately 99,274 238U atoms, approximately 720 235U atoms, and very few (most likely 5 or 6) 234U atoms. This is because 238U is much more stable than 235U or 234U, as the half life of each isotope reveals: 4.468 × 109 years for 238U compared with 7.038 × 108 years for 235U and 245,500 years for 234U. Exactly because the different uranium isotopes have different half lives, when the Earth was younger, the isotopic composition of uranium was different. As an example, 1.7×109 years ago the NA of 235U was 3.1% compared with today's 0.7%, and that allowed a natural nuclear fission reactor to form, something that cannot happen today. However, the natural abundance of a given isotope is also affected by the probability of its creation in nucleosynthesis (as in the case of samarium; radioactive 147Sm and 148Sm are much more abundant than stable 144Sm) and by production of a given isotope as a daughter of natural radioactive isotopes (as in the case of radiogenic isotopes of lead).
Отклонения от естественного количества
Из исследований Солнца и примитивных метеоритов теперь известно, что Солнечная система изначально была почти однородной по изотопному составу. Отклонения от (эволюционирующего) галактического среднего, локально зафиксированные приблизительно в момент начала ядерных реакций в Солнце, как правило, объясняются массовым фракционированием (см. статью о массово-независимом фракционировании) в сочетании с ограниченным числом процессов ядерного распада и трансмутации. Также имеются данные о внесении кратковременных (в настоящее время не существующих) изотопов из взрыва близлежащей сверхновой, который мог спровоцировать коллапс солнечной туманности. Таким образом, отклонения от естественного изотопного состава на Земле часто измеряются в промилле (‰), поскольку они составляют менее одного процента (%). Исключение составляют досолнечные зерна, найденные в примитивных метеоритах. Эти мелкие зерна конденсировались в потоках вещества, выбрасываемом эволюционировавшими ("умирающими") звездами, и избежали процессов смешивания и гомогенизации в межзвездной среде и солнечном аккреционном диске (также известном как солнечная туманность или протопланетный диск). В этих материалах отклонения от "естественного изотопного состава" иногда достигают сотен раз.
It is now known from study of the Sun and primitive meteorites that the solar system was initially almost homogeneous in isotopic composition. Deviations from the (evolving) galactic average, locally sampled around the time that the Sun's nuclear burning began, can generally be accounted for by mass fractionation (see the article on mass independent fractionation) plus a limited number of nuclear decay and transmutation processes. There is also evidence for injection of short lived (now extinct) isotopes from a nearby supernova explosion that may have triggered solar nebula collapse. Hence deviations from natural abundance on Earth are often measured in parts per thousand (per mille or ‰) because they are less than one percent (%). An exception to this lies with the presolar grains found in primitive meteorites. These small grains condensed in the outflows of evolved ("dying") stars and escaped the mixing and homogenization processes in the interstellar medium and the solar accretion disk (also known as the solar nebula or protoplanetary disk). In these materials, deviations from "natural abundance" are sometimes measured in factors of 100.
Природное изотопное количество некоторых элементов
В следующей таблице приведены распределения земных изотопов некоторых элементов. Некоторые элементы, такие как фосфор и фтор, существуют только в виде одного изотопа, с естественной распространенностью 100%. Естественная изотопная распространенность некоторых элементов на Земле.
The next table gives the terrestrial isotope distributions for some elements. Some elements, such as phosphorus and fluorine, only exist as a single isotope, with a natural abundance of 100%. +Natural isotope abundance of some elements on Earth Isotope % nat. abundance atomic mass 1H 99.985 1.007825 2H 0.015 2.0140 12C 98.89 12 (formerly by definition) 13C 1.11 13.00335 14N 99.64 14.00307 15N 0.36 15.00011 16O 99.76 15.99491 17O 0.04 16.99913 18O 0.2 17.99916 28Si 92.23 27.97693 29Si 4.67 28.97649 30Si 3.10 29.97376 32S 95.0 31.97207 33S 0.76 32.97146 34S 4.22 33.96786 35Cl 75.77 34.96885 37Cl 24.23 36.96590 79Br 50.69 78.9183 81Br 49.31 80.9163
The next table gives the terrestrial isotope distributions for some elements. Some elements, such as phosphorus and fluorine, only exist as a single isotope, with a natural abundance of 100%. +Natural isotope abundance of some elements on Earth Isotope % nat. abundance atomic mass 1H 99.985 1.007825 2H 0.015 2.0140 12C 98.89 12 (formerly by definition) 13C 1.11 13.00335 14N 99.64 14.00307 15N 0.36 15.00011 16O 99.76 15.99491 17O 0.04 16.99913 18O 0.2 17.99916 28Si 92.23 27.97693 29Si 4.67 28.97649 30Si 3.10 29.97376 32S 95.0 31.97207 33S 0.76 32.97146 34S 4.22 33.96786 35Cl 75.77 34.96885 37Cl 24.23 36.96590 79Br 50.69 78.9183 81Br 49.31 80.9163