磁同位素效應

磁同位素效應（Magnetic isotope effect):涉及反應物自旋選擇的化學反應過程，如自由基對的反應，稱為磁同位素效應。

基本介紹

• 中文名：磁同位素效應
• 外文名：Magnetic isotope effect

同位素效應

同位素效應同位素分析和同位素分離的基礎，是由於質量或自旋等核性質的不同而造成同一元素的同位素原子（或分子）之間物理和化學性質有差異的現象。

基本概念/同位素效應編輯

由於質量或自旋等核性質的不同而造成同一元素的同位素原子（或分子）之間物理和化學性質有差異的現象。

詳細內涵/同位素效應編輯

同位素效應是同位素分析和同位素分離的基礎。它在化學結構基本不變的情況下引起物理、化學常數的改變，因此能更深入地揭示物質微觀結構與性質之間的關係。

對於氘、重水等重要的輕元素同位素及其化合物的巨觀物理常數，在20世紀30年代雖已作了普遍測定，至今仍不斷補充和修正。50年代測定了諸如 D₂O的鍵長、鍵角等微觀結構數據。70年代以來，開始深入到同位素取代異構分子的研究。動力學同位素效應的研究也深入到生命過程的研究中。同位素效應可分為光譜同位素效應、熱力學同位素效應、動力學同位素效應和生物學同位素效應。

光譜同位素效應

同位素核質量的不同使原子或分子的能級發生變化，引起原子光譜或分子光譜的譜線位移。核自旋的不同，引起光譜精細結構的變化。如果分子中某些元素一部分被不同的同位素取代，從而破壞了分子的對稱性，則能引起譜線分裂，並在紅外光譜和併合散射光譜的振動結構中出現新的譜線和譜帶。早期研究中曾通過分子光譜和原子光譜發現新的同位素和進行同位素分析。後來光譜同位素效應主要用於研究分子的微觀結構。

熱力學同位素效應

同位素質量的相對差別越大，所引起的物理和化學性質上的差別也越大。對於輕元素同位素化合物的各種熱力學性質已作過足夠精密的測定。熱力學同位素效應研究中最重要的，是同位素交換反應平衡常數的研究，已在實驗和理論方面進行了大量工作。蒸氣壓同位素效應也很重要，已可半定量地進行理論計算。熱力學同位素效應是輕元素同位素分離的理論基礎，也是穩定同位素化學的主要研究內容。

動力學同位素效應

在化學反應過程中，反應物因同位素取代而改變了能態，從而引起化學反應速率的差異。1933年G.N.路易斯等用電解水的方法獲得接近純的重水，證實同位素取代對化學反應速率確有影響。
大多數元素的動力學同位素效應很小，但對於氕和氘，動力學同位素效應較大，它們的分離係數α=k_H/k_D可以達到2～10左右，式中k為化學反應速率常數。
早期動力學同位素效應是用經典的碰撞理論來解釋的。1949年J.比格爾艾森建立了動力學同位素效應的統計理論。在溶液中進行的化學反應，由於溶劑的同位素取代，而產生溶劑同位素效應。動力學同位素效應是分離同位素的重要根據之一，還可用來研究化學反應機理和溶液理論。

生物學同位素效應

1933～1934年，路易斯首先試驗了菸草種子在重水中的發芽情況，發現隨著重水濃度增高，發芽速度迅速降低；後來又發現，蝌蚪、金魚在濃重水中迅速死亡。大麥粒在發芽時優先吸收輕水，剩液中富集了重水；鋰被酵母吸收後,也可以富集鋰6。以上均表明發生了同位素的生物學分離。
在生物學同位素效應中，以氘的效應最為顯著。一般認為，在重水中生化反應速率減慢,對於大的機體,重水的作用往往是局部的,從而破壞了整體的代謝機能,導致病態以至死亡。

超導體同位素效應

1950年，麥克斯韋和雷諾茲、塞林同時發現超導體的臨界溫度和同位素質量有關係。即同一種元素，所選的同位素質量越高，臨界溫度越低。超導體的同位素效應表明，公有化電子向超導電子有序態轉變的過程反映了晶格點陣運動性質的影響。因此，必須顧及晶格點陣運動以及公有化電子兩個方面。這個發現給後來的BCS理論很多啟發。

磁同位素效應

磁同位素效應（Magnetic isotope effect):一些具有選擇原子核自旋的化學反應；其反應速度和反應物的核自旋及核磁矩有關；如自由基對的反應，這種反應由反應物核的自旋量子數和磁的相互作用所決定，稱為磁同位素效應。

原來較為熟悉的經典同位素效應是由反應物的分子開始和轉遞狀態的化學能為主導，由反應物核的質量所決定。