ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ
ในฟิสิกส์ ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ (NA) หมายถึงความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปของธาตุเคมีตามที่พบตามธรรมชาติบนดาวเคราะห์ โดยมวลอะตอมสัมพัทธ์ (ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักโดยใช้อัตราส่วนโมลของความอุดมสมบูรณ์) ของไอโซโทปเหล่านี้ คือ น้ำหนักอะตอมที่ระบุสำหรับธาตุในตารางธาตุ ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปแต่ละชนิดอาจแตกต่างกันไปตามดาวเคราะห์ และแม้กระทั่งจากสถานที่ต่าง ๆ บนโลก แต่ค่อนข้างคงที่ตามกาลเวลา (ในช่วงระยะสั้น)
ตัวอย่างเช่น ยูเรเนียมมีไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติสามชนิด ได้แก่ 238U, 235U และ 234U โดยมีอัตราส่วนตามธรรมชาติตามลำดับดังนี้ 99.2739–99.2752%, 0.7198–0.7202% และ 0.0050–0.0059%[1] ยกตัวอย่างเช่น หากวิเคราะห์อะตอมของยูเรเนียม 100,000 อะตอม จะพบว่าอะตอมส่วนใหญ่ ประมาณ 99,274 อะตอมจะเป็น 238U และจะมี 235U ประมาณ 720 อะตอม ส่วน 234U จะมีเพียงไม่กี่อะตอม (อาจจะ 5 หรือ 6 อะตอม) นี่เป็นเพราะ 238U มีความเสถียรมากกว่า 235U หรือ 234U ตามที่ระบุจากค่าครึ่งชีวิตของแต่ละไอโซโทป: 238U มีครึ่งชีวิต 4.468 × 109 ปี เทียบกับ 7.038 × 108 ปี สำหรับ 235U และ 245,500 ปี สำหรับ 234U
เนื่องจากไอโซโทปของยูเรเนียมแต่ละชนิดมีครึ่งชีวิตที่แตกต่างกัน เมื่อโลกมีอายุน้อยกว่า องค์ประกอบไอโซโทปของยูเรเนียมจึงแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อ 1.7 × 109 ปีที่แล้ว NA ของ 235U อยู่ที่ 3.1% เมื่อเทียบกับค่าในปัจจุบันที่ 0.7% ซึ่งทำให้เกิดปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตามธรรมชาติขึ้นได้ ซึ่งไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในปัจจุบัน
อย่างไรก็ตาม ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติของไอโซโทปหนึ่ง ๆ ยังได้รับผลกระทบจากความน่าจะเป็นของการเกิดขึ้นในนิวคลีโอสังเคราะห์ (เช่นในกรณีของแซมาเรียม; 147Sm และ 148Sm ซึ่งเป็นกัมมันตภาพรังสีมีความอุดมสมบูรณ์มากกว่า 144Sm ที่มีเสถียรภาพ) และจากการผลิตไอโซโทปเป็นธิดาของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ (เช่นในกรณีของไอโซโทปรังสีของตะกั่ว)
การเบี่ยงเบนจากความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ
[แก้]จากการศึกษาดวงอาทิตย์และอุกกาบาตยุคแรกพบว่าระบบสุริยะมีองค์ประกอบของไอโซโทปที่เกือบจะเป็นเนื้อเดียวกันในตอนแรก การเบี่ยงเบนจากค่าเฉลี่ยในดาราจักร (ซึ่งพัฒนาเรื่อยมา) ที่ถูกรวบรวมในพื้นที่ใกล้เคียงช่วงเวลาที่การเผาไหม้นิวเคลียร์ของดวงอาทิตย์เริ่มขึ้น สามารถอธิบายได้โดยการแยกส่วนมวล (ดูบทความเกี่ยวกับการแยกส่วนมวลอย่างอิสระ) รวมทั้งกระบวนการสลายตัวทางนิวเคลียร์และการแปลงนิวเคลียร์ในจำนวนจำกัด[2] มีหลักฐานที่บ่งชี้ถึงการฉีดไอโซโทปที่มีอายุสั้น (ซึ่งปัจจุบันสูญสิ้นแล้ว) จากการระเบิดซูเปอร์โนวาใกล้เคียง ซึ่งอาจเป็นสิ่งที่กระตุ้นให้เกิดการยุบตัวของเนบิวลาดาวเคราะห์ดวงอาทิตย์[3] ดังนั้น การเบี่ยงเบนจากความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติบนโลกมักจะถูกวัดในหน่วยพันส่วน (เปอร์มิลล์ หรือ ‰) เนื่องจากมีค่าน้อยกว่าร้อยละหนึ่ง (%)
ข้อยกเว้นในเรื่องนี้อยู่ที่เม็ดเกรนยุคก่อนระบบสุริยะที่พบในอุกกาบาตดั้งเดิม เม็ดเกรนเล็ก ๆ เหล่านี้ควบแน่นในกระแสไหลออกของดาวฤกษ์ที่แก่ตัว ("ใกล้ตาย") และรอดพ้นจากกระบวนการผสมและการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันในสสารระหว่างดาวและจานพอกพูนมวลของระบบสุริยะ (หรือที่เรียกว่าเนบิวลาดาวเคราะห์ดวงอาทิตย์หรือจานต้นกำเนิดดาวเคราะห์) [โปรดขยายความ] ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบควบแน่นของดาวฤกษ์ ("ฝุ่นดาว") เม็ดเกรนเหล่านี้จึงแสดงลักษณะไอโซโทปของกระบวนการสร้างธาตุที่เฉพาะเจาะจงซึ่งเป็นกระบวนการที่สร้างธาตุเหล่านั้น[4] ในวัสดุเหล่านี้ การเบี่ยงเบนจาก "ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ" บางครั้งถูกวัดเป็นร้อยเท่า[ต้องการอ้างอิง][5]
ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปตามธรรมชาติของธาตุบางชนิด
[แก้]ตารางต่อไปนี้แสดงการกระจายของไอโซโทปของธาตุต่าง ๆ บนโลก ธาตุบางชนิด เช่น ฟอสฟอรัสและฟลูออรีน มีเพียงไอโซโทปเดียวในธรรมชาติ โดยมีความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติอยู่ที่ 100%
| ไอโซโทป | % ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ | มวลอะตอม |
|---|---|---|
| 1H | 99.985 | 1.007825 |
| 2H | 0.015 | 2.0140 |
| 12C | 98.89 | 12 (เดิมถูกกำหนดไว้) |
| 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 |
ดูเพิ่ม
[แก้]อ้างอิง
[แก้]- ↑ "Uranium Isotopes". GlobalSecurity.org. สืบค้นเมื่อ 14 March 2012.
- ↑ Clayton, Robert N. (1978). "Isotopic anomalies in the early solar system". Annual Review of Nuclear and Particle Science. 28: 501–522. Bibcode:1978ARNPS..28..501C. doi:10.1146/annurev.ns.28.120178.002441.
- ↑ Zinner, Ernst (2003). "An isotopic view of the early solar system". Science. 300 (5617): 265–267. doi:10.1126/science.1080300. PMID 12690180. S2CID 118638578.
- ↑ Zinner, Ernst (1998). "Stellar nucleosynthesis and the isotopic composition of presolar grains from primitive meteorites". Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 26: 147–188. Bibcode:1998AREPS..26..147Z. doi:10.1146/annurev.earth.26.1.147.
- ↑ Anders, Edward; Zinner, Ernst (1993). "Interstellar Grains in Primitive Meteorites: Diamond, Silicon Carbide, and Graphite". Meteoritics. 28 (4): 490–514. Bibcode:1993Metic..28..490A. doi:10.1111/j.1945-5100.1993.tb00274.x.
- ↑ แม่แบบ:RubberBible83rd
แหล่งข้อมูลอื่น
[แก้]- Berkeley Isotopes Project Interactive Table (archived 2015)
- Exact Masses of the Elements and Isotopic Abundances, Scientific Instrument Services
- Tools to compute low- and high-precision isotopic distribution (archived 2011)