Geochemie stabilních izotopů (lehkých prvků) LS 2012/2013. J. Zachariáš G431P30.

Podobné dokumenty
Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

2. Atomové jádro a jeho stabilita

INTEGROVANÁ STŘEDNÍ ŠKOLA TECHNICKÁ BENEŠOV Černoleská 1997, Benešov Chemie. Atom a jeho elementární částice - Pracovní list. Ročník 1.

Náboj a hmotnost elektronu

Moderní nástroje v analýze biomolekul

Struktura elektronového obalu

Náboj a hmotnost elektronu

Atomové jádro, elektronový obal

Látkové množství. 6, atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A

Stavba atomu. Created with novapdf Printer ( Please register to remove this message.

2. ATOM. Dualismus částic: - elektron se chová jako hmotná částice, ale také jako vlnění

Atomové jádro Elektronový obal elektron (e) záporně proton (p) kladně neutron (n) elektroneutrální

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

DUSÍK NITROGENIUM 14,0067 3,1. Doplňte:

TEST 2. Anotace: Očekávaný výstup: Klíčová slova Organizace řízení učební činnosti: Nutné pomůcky:

ATOMOVÁ FYZIKA JADERNÁ FYZIKA

Geochemie endogenních procesů 1. část

Částicové složení látek atom,molekula, nuklid a izotop

ATOM VÝVOJ PŘEDSTAV O SLOŽENÍ A STRUKTUŘE ATOMU

8.STAVBA ATOMU ELEKTRONOVÝ OBAL

Protonové číslo Z - udává počet protonů v jádře atomu, píše se jako index vlevo dole ke značce prvku

VY_32_INOVACE_06_III./7._STAVBA ATOMOVÉHO JÁDRA

Složení látek a chemická vazba Číslo variace: 1

Chemické repetitorium. Václav Pelouch

Hmotnost atomů a molekul 6 Látkové množství 11. Rozdělení směsí 16 Separační metody 20. Hustota, hmotnostní a objemový zlomek 25.

stechiometrický vzorec, platné číslice 1 / 10

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Test vlastnosti látek a periodická tabulka

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Ch - Periodický zákon, periodická tabulka prvků

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

Ch - Stavba atomu, chemická vazba

ATOMOVÉ JÁDRO. Nucleus Složení: Proton. Neutron 1 0 n částice bez náboje Proton + neutron = NUKLEON PROTONOVÉ číslo: celkový počet nukleonů v jádře

Vlastnosti atomových jader Radioaktivita. Jaderné reakce. Jaderná energetika

ATOM. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

FYZIKA ATOMOVÉHO JÁDRA

Chemické výpočty. výpočty ze sloučenin

Atom jeho složení a struktura Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje

Radioaktivita,radioaktivní rozpad

Atom a jeho elementární částice [1]

Třídění látek. Chemie 1.KŠPA

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

OBECNÁ CHEMIE. Kurz chemie pro fyziky MFF-UK přednášející: Jaroslav Burda, KChFO.

VAROVÁNÍ Přemýšlení o kvantové mechanice způsobuje nespavost

ZÁKLADY IZOTOPOVÉ GEOLOGIE A GEOCHRONOLOGIE RADIOGENNÍ IZOTOPY

HISTORIE ATOMU. M g r. ROBERT P ECKO TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

STAVBA ATOMU. Aleš Lacina Přírodovědecká fakulta MU, Brno

Prvek, nuklid, izotop, izobar

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují. s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje

Tabulace učebního plánu. Obecná chemie. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Ročník: 1.ročník a kvinta

Od kvantové mechaniky k chemii

E K O G Y M N Á Z I U M B R N O o.p.s. přidružená škola UNESCO

Atom a molekula - maturitní otázka z chemie

Chemické složení vesmíru

N A = 6, mol -1

SADA VY_32_INOVACE_CH2

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch

Letní škola RADIOAKTIVNÍ LÁTKY a možnosti detoxikace

VY_52_INOVACE_08_II.1.23_TABULKA, PERIODICKÁ SOUSTAVA PRVKŮ TABULKA PERIODICKÁ SOUSTAVA PRVKŮ

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky:

Atomistická teorie (Dalton, 1803)

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

1. Struktura hmoty. Následující schéma uvádí tento pojem do souvislosti s dalším

SOUHRNNÝ PŘEHLED nově vytvořených / inovovaných materiálů v sadě

DUM označení: VY_32_INOVACE_... Jméno autora výukového materiálu: Ing. Jitka Machková Škola: Základní škola a mateřská škola Josefa Kubálka Všenory

3. Radioaktivita. Při radioaktivní přeměně se uvolňuje energie. X Y + n částic. Základní hmotnostní podmínka radioaktivity: M(X) > M(Y) + M(ČÁSTIC)

Agrochemie - cvičení 05

Radiační patofyziologie. Zdroje záření. Typy ionizujícího záření: Jednotky pro měření radiace:

Rozměr a složení atomových jader

RADIOAKTIVITA TEORIE. Škola: Masarykovo gymnázium Vsetín Mgr.Milan Staněk MGV_F_SS_3S2_D12_Z_MIKSV_Radioaktivita_PL

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

Biochemický ústav LF MU (V.P.) 2010

Hmotnostní spektrometrie. Historie MS. Schéma MS

E K O G Y M N Á Z I U M B R N O o.p.s. přidružená škola UNESCO

Jaderné reakce a radioaktivita

CHEMICKY ČISTÁ LÁTKA A SMĚS

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL

CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Hmota a její formy VY_32_INOVACE_18_01. Mgr. Věra Grimmerová

Atomová fyzika - literatura

Seminář z chemie. Charakteristika vyučovacího předmětu

Úvod do biochemie. Vypracoval: RNDr. Milan Zimpl, Ph.D.

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

13. Kolik molů vodíku vznikne reakcí jednoho molu zinku s kyselinou chlorovodíkovou?

Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ _Chemie, historie, význam. Ročník: 1.

Složení látek - částice. cíl projektu: seznámení se s částicovým sloţením látek, pojmenování částic, druhy částic.

CHEMICKÉ VÝPOČTY I. ČÁST LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. HMOTNOSTI ATOMŮ A MOLEKUL.

Předmět: Chemie Ročník: 8.

Stavba atomu historie pohledu na stavbu atomu struktura atomu, izotopy struktura elektronového obalu atom vodíkového typu


LABORATOŘ OBORU I ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE (111) Použití GC-MS spektrometrie

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

CZ.1.07/1.1.30/

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Transkript:

Geochemie stabilních izotopů (lehkých prvků) LS 2012/2013 G431P30 J. Zachariáš jiri.zacharias@natur.cuni.cz

G431P30 rozsah 2/0, přestávka dle potřeby cca 15 min v závěru hodiny bude vyhrazeno pro cvičení Na přednášce budou zadávány nepravidelně domácí práce, jejichž cílem je procvičit si z týdne na týden probrané téma, či připravit půdu pro následující téma. Zkouška je písemná, včetně 3 příkladů na výpočet (kalkulačku s sebou!). Za každou správně zodpovězenou otázku jsou až +2 body, za špatně -2 body, za žádnou odpověď je nula bodů. Ústní přezkoušení je možné, ale teprve až po absolvování písemné části (včetně příkladů).

Historie oboru

1800-1920: objev izotopů ~1800 rozlišovány sloučeniny a známo asi 39 prvků John Dalton oživuje řecký model stavby látek první atomovový model stavby látek atomy jsou dále nedělitené, všechny atomy téhož prvku stejné vlasnosti i hmotnost. Atomy různých prvků mají různé vlastnosti. ~1870 známo 65 prvků, Mendělejev sestavuje známé prvky do periodické tabulky 1894-1900 postupný objev a izolace Ar He Ne, Kr, Xe - Rn 1900 téměř kompletní periodická tabulka prvků (kromě U) ~1900 přesná měření atomových hmotností prvků variace!! (Pb, Co, Ni, Te, aj), objev radiace, rozpadu (Roentgen, Currie, Becquerel, Thompson) 1913 J.J. Thompson zjistil že neon je tvořen atomy dvou různých hmotností ( 20 Ne, 22 Ne) katodová trubice měření q/m 1914 Frederic Soddy zavádí termín isotopy ( iso topos ) prvek může být tvořen více izotopy, které se liší svojí hmotností 1914 F.W. Aston vylepšil Thompsonovu katodovou trubici pro měření těžších prvků (q/m) a přístroj poprvé nazývá jako hmotový spektrograf 1919 pomocí něj bylo do roku 1919 popsáno 212 ze 287 přírodních izotopů Dnes známo cca 2500 nuklidů (stabilních i nestabilních) od cca 110 prvků.

1934 Dole M, separuje izotopy vodíku 1920-1946: počátky oboru 1925 H. Briscoe a P. Robinson (UK) zaznamenali rozdíly v atomové hmotnosti bóru z různých minerálů/prostředí předpokládají frakcionaci izotopů během různých přírodních procesů 1926 V. I. Vernadskij (Ru/Ukr) předpokládá izotopovou frakcionaci i v živých systémech 1932 UREY Harold Clayton a kol změřili 2 H a určili jeho koncentraci (v roce 1934 dostává za to Nobelovu cenu za chemii) později zpracovává základy teorie izotopových výměnných reakcí a realizuje související experimenty

40. léta 20 stol.: první přesná měření přírodních látek počátky izotopové geologie (stabilní izotopy) Urey H.C. a kol. - (Columbia University, Chicago, USA) základy teorie izotopových výměnných reakcí a související experimenty Nier A. (Univ. of Minesota, USA) - hmotový spektrometr, prvá měření přírodních materiálů 1946 H.C. Urey přednáškové turné po Evropě semiempirické výpočty izotopových frakcionací (později vyšlo jako The Thermodynamic Properties of Isotopic Substances (1947), Transaction of Royal Society of London); Na přednášce v Zurichu (ETH), Paul Niggli se dotazuje H.C. Urey zda by šlo izotopové složení použít k rozlišení mezi karbonáty sladkovodního a mořského původu. Urey dospěl k teoretickému předpokladu, že hodnoty této frakcionace O mezi CaCO 3 a H 2 O jsou výrazně ovlivněny teplotou počátek paleotermometrie 1940s přesnost extrakčních technik a hmotové spektrometrie neumožňuje měření použitelná pro paleotermometrie (tehdy ±5 C, dnes ± 0.5 C)

1946-1950: Urey a spol. 1940 přesnost extrakčních technik a hmotové spektrometrie neumožňuje měření použitelná pro paleotermometrie (tehdy ±5 C, dnes ± 0.5 C) H. C. Urey + tým doktorandů a spolupracovníků: (10x zvýšili přesnost MS) H. Craig J. McCrea reprodukovatelná extrakce CO 2 z biogenních karbonátů (--, 1950, ON THE ISOTOPIC CHEMISTRY OF CARBONATES AND A PALEOTEMPERATURE SCALE, 1985x citovaná) C. Emiliani karbonátová paleotermometrie, kyslíková škála H. Lowenstam paleontolog C. McKinney elektrotechnický inženýr od 1949 vzniká řada základních prací, hlavní světová centra výzkumu izotopů: Chicago, Hamilton (CA), Kodaň, Moskva od 1970 i jiné typy přístrojů pro měření izotopových poměrů od ½ 90 let - větší rozšíření a přesnost nových přístrojů

Některé publikace z raného období

Co jsou izotopy?

Co jsou izotopy? Částice Náboj Hmotnost (g) Proton +1 1.6726 * 10-24 Neutron 0 1.6749 * 10-24 Elektron -1 9.1095 * 10-28 - + Hmotové číslo (A) Protonové číslo (Z) Neutronové číslo (N) A = Z + N 1 H (PROTIUM) 2 H (DEUTERIUM) 3 H (TRITIUM) Každý prvek je jednoznačně určen počtem protonů (Z) Izotopy téhož prvku se liší počtem neutronů v jádře (N, A) Chemické vlastnosti prvku závisí zejména na konfiguraci elektronů. Variace v počtu neutronů neovlivňují zásadně chemické vlastnosti prvku, ale způsobují pouze drobné variace v jeho fyzikálních vlastnostech, které se projevují frakcionací izotopů.

Co jsou izotopy?

Počet protonů 40 20Ca známo >110 prvků známo > 2500 nuklidů cca ½ prvků má alespoň 2 stabilní izotopy Počet neutronů

Radioaktivní a stabilní nuklidy Radioaktivní nuklidy: rozpadají se na dceřiné atomy za současné emise záření (a, b, g), statisticky předpověditelné rychlosti rozpadu Stabilní nuklidy: radiogenní stabilní nuklidy = koncové produkty rozpadových řad (např. 207 Pb) jejich množství = fcí (času a množství matečného prvku) neradiogenní stabilní nuklidy jejich spontánní rozpad je z hlediska pravděpodobnosti zanedbatelný a prakticky není měřitelný celkové množství není fcí času ale způsobu vzniku (Big Bang) variace v jejich četnosti (frakcionace) odráží různé fyzikální procesy

Izotopology vs. Izotopomery V případě molekul na jejichž stavbě se podílejí prvky které mají více než jeden stabilní izotop se mluví o: izotopicky substituovaných molekulách (Urey) dnes se nepoužívá izotopology ( isotopologues ) liší se pouze izotopovým složením mohou, ale nemusí mít stejnou hmotnost příklad CO: 12 C 16 O, 13 C 16 O, 12 C 17 O, 13 C 17 O, 12 C 18 O, 13 C 18 O izotopomery ( isotopomers isotopic isomers ) liší se vzájemně pouze pozicí jednotlivých izotopů ve struktuře sloučeniny, nikoli v jejich počtu či v celkové hmotnosti typické jsou pro organické sloučeniny z anorganických sloučenin sem patří např. oxidy N a ozón: ( 15 N 14 NO či 14 N 15 NO) ( 18 O 16 O 16 O či 16 O 18 O 16 O)

Klasické a moderní stabilní izotopy Žlutě netradiční prvky popsané v Reviews in Mineralogy v. 55 Bíle monoizotopické prvky Modře prvky s více stabilními izotopy Černý rámeček klasické stabilní izotopy (H, C, N, O, S) Červený rámeček nově studované netradiční stabilní izotopy (včetně několika klasických, ale méně častěji studovaných)

Základní společné charakteristiky tradičních stabilních izotopů (H, C, O, N, S) 1. Prvky mají relativně nízké atomové hmotnosti 2. Relativní hmotnostní rozdíl mezi vzácným a hojným izotopem je velký (100 % pro D-H, 8.3 % pro 13 C- 12 C, ale jen 1.2 % pro 87 Sr- 86 Sr) 3. Prvky tvoří chemické vazby, které mají vysoký podíl vazby kovalentního typu. 4. Prvky mohou existovat ve více oxidačních stavech, tvoří mnoho sloučenin a účastní se velkého počtu procesů. 5. Četnost výskytu vzácného izotopu je dostatečná (X0-0,X %) pro přesná analytická stanovení (vs. 3 He 0.000137 %).

Rozdíly v hmotnosti izotopů

Počet stabilních izotopů 1 1 2 10 7 6 6 6 22 21 82 prvků

Rozsah variací izotopového složení klasických stabilních izotopů Vodík ( 1 H 2 H) Celkové variace až 400 Síra ( 32 S 34 S 36 S) Celkové variace až 150

Rozsah variací izotopového složení netradičních stabilních izotopů

Základní oblasti použití stabilních izotopů 1. Izotopová termometrie HT: magmatická a metamorfní petrologie MT: hydrotermální mineralizace a procesy LT: paleoklimatologie, diageneze 2. Použití izotopů jako stopovačů ( tracers ) Hydrologie/hydrogeologie Určení zdrojového reservoáru, příp. mísení více zdrojů Biologie, medicína, etc., antropogenní vs přirozená kontaminace Kvalita a původ některých produktů (celní správa) Sledování a identifikace reakčních cest (mechanismů) chemických (biochemických) reakcí