同位素交換

同位素交換是兩種同位素原子在兩個不同分子或離子間或一個分子的不同位置上的化學交換，以及兩種同位素分子在不同聚集態之間的交換。

基本介紹

• 中文名：同位素交換
• 外文名：isotope exchange
• 類別：可逆反應
• 套用：輕元素的同位素分離

介紹

同位素交換是體系中同位素髮生再分配的過程。體系中物理和化學狀態沒有變化的情況下，在不同分子間、同一分子內和不同的相間、相同的原子或同位素原子之間都存在同位素交換。例如碘乙烷與碘離子之間的同位素交換。　同位素交換反應是可逆的，並且和一般的化學反應一樣，其反應進行的程度可用平衡常數來表示。這是等分子反應，而且反應前後化學組分不發生變化，僅同位素的濃度在各化學組分之間重新分配。

給定元素的同位素原子在分子內部、不同分子或不同相之間進行重新分配，而不引起體系分子組成性質和數量的變化，這種過程稱為同位素交換。同位素交換分為均相和多相同位素交換兩種。均相同位素交換，按其交換機理可分為通過解離，締合，可逆物理、化學反應過程和電子轉移引起的同位素交換;多相同位素交換，涉及同位素在相內及穿過相界面的移動，可能是同位素原子或分子在相之間進行的純物理交換過程，或是按照均相同位素交換相似的機理進行交換。例如銀在金屬銀和銀離子之間的交換是多相同位素交換。

同位素交換的研究對放射化學基礎理論和同位素套用技術方面都有重要的意義，在研究核轉變過程產物的化學狀態的分布時，必須考慮到同位素交換，否則將導致錯誤的結論。利用同位素交換過程可以研究反應速度、反應機理、催化過程、晶體表面性質，同位素交換也是合成標記化合物的有效方法。

反應機理

同位素交換反應機理主要分為：

①電離機理，進行同位素交換的分子先解離成離子或自由基，在複合為分子時發生同位素的重新分配，例如：
② 締合機理，進行同位素交換反應的分子締合，生成中間配合物。如果不同的同位素原子在此配合物中是等價的，並且是公用的，則中間配合物再分解時就產生同位素在兩分子間的重新分配，例如：

同位素交換

反應速率

同位素交換反應的速率與分子的結構有關，有的可以在瞬間完成，有的則需要在催化劑的作用下（或高溫下）才能緩慢地進行。例如,甲酸中羧基上的氫與DO在瞬間就交換了；而甲基上的氫在100℃時要經過幾天才能交換10%。
同位素交換反應已用於揭示化學反應機理及分子結構和性質的研究中，還廣泛用於輕元素的同位素分離中。

反應類型

類型同位素交換反應類型主要分為三種：
① 不同取代級的同位素分子間的歧化反應。
② 不同分子間的簡單同位素交換反應。
③ 複雜的同位素交換反應，在不同的分子間或不同的基團間發生同位素交換，而又有不同的同位素取代級。例如，DO與甲苯之間的氘同位素交換中，水分子中的氘可以與甲基上的氫或苯環上的氫（又分鄰、間、對位）發生同位素交換。
同位素交換反應是可逆的，並且和一般的化學反應一樣，其反應進行的程度可用平衡常數來表示。這是等分子反應，而且反應前後化學組分不發生變化，僅同位素的濃度在各化學組分之間重新分配。