fbpx
Wikipedia

Equilibrio de fraccionamiento

El equilibrio de fraccionamiento es la separación parcial de isótopos entre dos o más sustancias en equilibrio químico. Es más fuerte a temperaturas bajas, y (junto con el efecto isotópico cinético) forma la base de los ampliamente utilizados paleotermómetros isotópicos (o aproximadores climáticos): los registros de D/H y 18O/16O en núcleos de hielo, y de 18O/16O en carbonatos de calcio. Resulta importante para la reconstrucción de registros geológicos de temperatura.

El fraccionamiento isotópico atribuido a procesos de equilibrio ha sido observado en muchos elementos, desde el hidrógeno (D/H) al uranio (238U/235U). En general, los elementos ligeros (especialmente hidrógeno, boro, carbono, nitrógeno, oxígeno y azufre) son más susceptibles al fraccionamiento, y sus isótopos tienden a ser separados en un grado más elevado que en los elementos más pesados.

Índice

La mayoría de los fraccionamientos de equilibrio resultan de la reducción de la energía de vibración (especialmente la energía del punto cero) cuando un isótopo más masivo es sustituido para uno menos masivo. Esto lleva a concentraciones más altas de los isótopos masivos en aquellas sustancias en las que la energía de vibración es más sensible a la sustitución de isótopos, es decir, aquellas con las constantes de fuerza de vínculo más altas.

En una reacción que implica el intercambio de dos isótopos, lX y hX del elemento "X" en las moléculas AX y BX,

A l X + B h X A h X + B l X {\displaystyle A^{l}X+B^{h}X\rightleftharpoons A^{h}X+B^{l}X}

cada molécula reactante es idéntica a un producto, excepto en la distribución de isótopos (es decir, son isotopólogas). La cantidad del fraccionamiento isotópico en una reacción de intercambio puede ser expresada como el factor de fraccionamiento:

α = ( h X / l X ) A X ( h X / l X ) B X {\displaystyle \alpha ={\frac {(^{h}X/^{l}X)_{AX}}{(^{h}X/^{l}X)_{BX}}}}

en la que α = 1 {\displaystyle \alpha =1} indica que los isótopos están distribuidos equitativamente entre AX y BX, sin fraccionamiento isotópico, α > 1 {\displaystyle \alpha >1} indica que hX está concentrado en la sustancia AX, y α < 1 {\displaystyle \alpha <1} indica que hX está concentrado en la sustancia BX.

α {\displaystyle \alpha } está estrechamente relacionada con la constante de equilibrio (Keq):

α = ( K e q Π σ P r o d u c t o s / Π σ R e a c t a n t e s ) 1 / n {\displaystyle \alpha =(K_{eq}\cdot \Pi \sigma _{Productos}/\Pi \sigma _{Reactantes})^{1/n}}

donde Π σ P r o d u c t o s {\displaystyle \Pi \sigma _{Productos}} es el producto de los números de simetría rotacional de los productos (lado derecho de la reacción de intercambio), Π σ R e a c t a n t e s {\displaystyle \Pi \sigma _{Reactantes}} es el producto de los números de simetría rotacionales de los reactantes (lado izquierdo de la reacción de intercambio), y n {\displaystyle n} es el número de átomos intercambiados.

Un ejemplo del equilibrio de fraccionamiento de isótopos es la concentración de isótopos pesados del oxígeno en el agua líquida, relacionada con el vapor de agua,

H 2 16 O ( l ) + H 2 18 O ( g ) H 2 18 O ( l ) + H 2 16 O ( g ) {\displaystyle H_{2}^{16}O_{(l)}+H_{2}^{18}O_{(g)}\rightleftharpoons H_{2}^{18}O_{(l)}+H_{2}^{16}O_{(g)}}

A 20°C, el factor del equilibrio de fraccionamiento para esta reacción es

α = ( 18 O / 16 O ) L i q u i d o ( 18 O / 16 O ) V a p o r = 1.0098 {\displaystyle \alpha ={\frac {(^{18}O/^{16}O)_{Liquido}}{(^{18}O/^{16}O)_{Vapor}}}=1.0098}

El equilibrio de fraccionamiento de isótopos es un tipo de fraccionamiento dependiente de la masa, mientras que el fraccionamiento independiente de la masa es normalmente considerado un proceso no equilibrado termodinámicamente.

Para reacciones no equilibradas, los efectos isotópicos son mejor descritos por las ecuaciones GEBIK y GEBIF para estados transitorios de fraccionamiento cinético de isótopos, que generalmente no producen efectos isotópicos claros en las reacciones químicas y bioquímicas en las que pudieran aparecer.

Cuando el vapor de agua se condensa (en un proceso en el que interviene el equilibrio de fraccionamiento), los isótopos de agua más pesados (H2 18O y D2O) se concentran en la fase líquida, mientras que los isótopos más ligeros (H2 16O y H2O) tienden hacia la fase de vapor.

Horita J. and Wesolowski D.J. (1994) Liquid-vapor fractionation of oxygen and hydrogen isotopes of water from the freezing to the critical temperature. Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 58, p. 3425-2437.

  1. H. C. Urey (1947). «The Thermodynamic Properties of Isotopic Substances». J. Chem. Soc.: 562-581. doi:10.1039/JR9470000562.
  2. Maggi F. and W. J. Riley, (2010), Mathematical treatment of isotopologue and isotopomer speciation and fractionation in biochemical kinetics, Geochim.
  3. Carol Kendall (2004). «Fundamentals of Stable Isotope Geochemistry». USGS. Consultado el 10 de abril de 2014.

AlphaDelta: Stable Isotope fractionation calculator - http://www2.ggl.ulaval.ca/cgi-bin/isotope/generisotope.cgi

Equilibrio de fraccionamiento
equilibrio, fraccionamiento, idioma, vigilar, editar, equilibrio, fraccionamiento, separación, parcial, isótopos, entre, más, sustancias, equilibrio, químico, más, fuerte, temperaturas, bajas, junto, efecto, isotópico, cinético, forma, base, ampliamente, utili. Equilibrio de fraccionamiento Idioma Vigilar Editar El equilibrio de fraccionamiento es la separacion parcial de isotopos entre dos o mas sustancias en equilibrio quimico Es mas fuerte a temperaturas bajas y junto con el efecto isotopico cinetico forma la base de los ampliamente utilizados paleotermometros isotopicos o aproximadores climaticos los registros de D H y 18O 16O en nucleos de hielo y de 18O 16O en carbonatos de calcio Resulta importante para la reconstruccion de registros geologicos de temperatura 1 El fraccionamiento isotopico atribuido a procesos de equilibrio ha sido observado en muchos elementos desde el hidrogeno D H al uranio 238U 235U En general los elementos ligeros especialmente hidrogeno boro carbono nitrogeno oxigeno y azufre son mas susceptibles al fraccionamiento y sus isotopos tienden a ser separados en un grado mas elevado que en los elementos mas pesados Indice 1 Definicion 2 Ejemplo 3 Otros tipos de fraccionamiento 4 Vease tambien 5 Bibliografia 6 Referencias 7 Enlaces externosDefinicion EditarLa mayoria de los fraccionamientos de equilibrio resultan de la reduccion de la energia de vibracion especialmente la energia del punto cero cuando un isotopo mas masivo es sustituido para uno menos masivo Esto lleva a concentraciones mas altas de los isotopos masivos en aquellas sustancias en las que la energia de vibracion es mas sensible a la sustitucion de isotopos es decir aquellas con las constantes de fuerza de vinculo mas altas En una reaccion que implica el intercambio de dos isotopos lX y hX del elemento X en las moleculas AX y BX A l X B h X A h X B l X displaystyle A l X B h X rightleftharpoons A h X B l X cada molecula reactante es identica a un producto excepto en la distribucion de isotopos es decir son isotopologas La cantidad del fraccionamiento isotopico en una reaccion de intercambio puede ser expresada como el factor de fraccionamiento a h X l X A X h X l X B X displaystyle alpha frac h X l X AX h X l X BX en la que a 1 displaystyle alpha 1 indica que los isotopos estan distribuidos equitativamente entre AX y BX sin fraccionamiento isotopico a gt 1 displaystyle alpha gt 1 indica que hX esta concentrado en la sustancia AX y a lt 1 displaystyle alpha lt 1 indica que hX esta concentrado en la sustancia BX a displaystyle alpha esta estrechamente relacionada con la constante de equilibrio Keq a K e q P s P r o d u c t o s P s R e a c t a n t e s 1 n displaystyle alpha K eq cdot Pi sigma Productos Pi sigma Reactantes 1 n donde P s P r o d u c t o s displaystyle Pi sigma Productos es el producto de los numeros de simetria rotacional de los productos lado derecho de la reaccion de intercambio P s R e a c t a n t e s displaystyle Pi sigma Reactantes es el producto de los numeros de simetria rotacionales de los reactantes lado izquierdo de la reaccion de intercambio y n displaystyle n es el numero de atomos intercambiados Un ejemplo del equilibrio de fraccionamiento de isotopos es la concentracion de isotopos pesados del oxigeno en el agua liquida relacionada con el vapor de agua H 2 16 O l H 2 18 O g H 2 18 O l H 2 16 O g displaystyle H 2 16 O l H 2 18 O g rightleftharpoons H 2 18 O l H 2 16 O g A 20 C el factor del equilibrio de fraccionamiento para esta reaccion es a 18 O 16 O L i q u i d o 18 O 16 O V a p o r 1 0098 displaystyle alpha frac 18 O 16 O Liquido 18 O 16 O Vapor 1 0098 El equilibrio de fraccionamiento de isotopos es un tipo de fraccionamiento dependiente de la masa mientras que el fraccionamiento independiente de la masa es normalmente considerado un proceso no equilibrado termodinamicamente Para reacciones no equilibradas los efectos isotopicos son mejor descritos por las ecuaciones GEBIK y GEBIF para estados transitorios de fraccionamiento cinetico de isotopos que generalmente no producen efectos isotopicos claros en las reacciones quimicas y bioquimicas en las que pudieran aparecer 2 Ejemplo EditarCuando el vapor de agua se condensa en un proceso en el que interviene el equilibrio de fraccionamiento los isotopos de agua mas pesados H2 18O y D2O se concentran en la fase liquida mientras que los isotopos mas ligeros H2 16O y H2O tienden hacia la fase de vapor 3 Otros tipos de fraccionamiento EditarFraccionamiento cinetico Fraccionamiento independiente de la masa Fraccionamiento transitorioVease tambien EditarAnalisis de isotopos Electroquimica de isotopos Geoquimica de isotopos Efecto isotopico cinetico Isotopo estable Potencial normal de electrodoBibliografia EditarHorita J and Wesolowski D J 1994 Liquid vapor fractionation of oxygen and hydrogen isotopes of water from the freezing to the critical temperature Geochimica et Cosmochimica Acta v 58 p 3425 2437 Referencias Editar H C Urey 1947 The Thermodynamic Properties of Isotopic Substances J Chem Soc 562 581 doi 10 1039 JR9470000562 Maggi F and W J Riley 2010 Mathematical treatment of isotopologue and isotopomer speciation and fractionation in biochemical kinetics Geochim Carol Kendall 2004 Fundamentals of Stable Isotope Geochemistry USGS Consultado el 10 de abril de 2014 Enlaces externos EditarAlphaDelta Stable Isotope fractionation calculator http www2 ggl ulaval ca cgi bin isotope generisotope cgi Datos Q5384484 Obtenido de https es wikipedia org w index php title Equilibrio de fraccionamiento amp oldid 120629087, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

español

, española, descargar, gratis, descargar gratis, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, imagen, música, canción, película, libro, juego, juegos