06第六章(氮同位素)PPT课件
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氮族元素PPT课件全文
NH2OH可与醛、酮形成肟，是聚酰胺纤维和尼龙的中间体
（3） 叠氮酸 HN3
无色液体或气体
12
3
∶N－N＝N∶
1 sp2 杂化 2 sp杂化 π34
H
N2H4+HNO2=HN3+2H2O
NaOH Zn
撞击
NaN3 Zn(N3)2+H2↑
N2↑ +H2↑
AgN3、Cu(N3) 2 、Pb(N3)2 、Hg(N3) 2作为雷管引爆剂 NaN3、KNO3、SiO2为主要成分用于汽车安全气囊
熔点63K，沸点75K，1mL水仅溶0.023mL，标况下密度为1.25g/L
（2）N2分子中1个σ键和2个π键，无未成对电子，反磁性 （3） N2 不活泼，具有特殊的稳定性，常温下不与任何元
素化合，升高温度可促进反应活性
（4）与锂、钙、镁等活泼金属可生成离子型化合物 室温下仅有 6Li + N2 → 2Li3N
2024/8/19
NH2OH 白色固体
N2H4 无色液体
14
联氨 （NH2-NH2，肼）性质
无色发烟液体，熔点275K，沸点386.5K，极性溶剂，与水 互溶，可溶解多种盐，溶液导电性好
热稳定性差（N-N键能小），250 ℃分解为NH3、N2和H2 二元弱碱（碱性小于NH3）
N2H4 + H2O N2H5+ + OH- K1= 1.7×10-6 N2H5+ + H2O N2H6+ + OH- K2= 7.6×10-15 氧化还原性 酸性溶液中强氧化剂，碱性溶液中是强还原剂 配位性 如 Co(N2H4)6Cl2 、 Fe(N2H4)2Cl2
氮族元素
2024/8/19
（3） 叠氮酸 HN3
无色液体或气体
12
3
∶N－N＝N∶
1 sp2 杂化 2 sp杂化 π34
H
N2H4+HNO2=HN3+2H2O
NaOH Zn
撞击
NaN3 Zn(N3)2+H2↑
N2↑ +H2↑
AgN3、Cu(N3) 2 、Pb(N3)2 、Hg(N3) 2作为雷管引爆剂 NaN3、KNO3、SiO2为主要成分用于汽车安全气囊
熔点63K，沸点75K，1mL水仅溶0.023mL，标况下密度为1.25g/L
（2）N2分子中1个σ键和2个π键，无未成对电子，反磁性 （3） N2 不活泼，具有特殊的稳定性，常温下不与任何元
素化合，升高温度可促进反应活性
（4）与锂、钙、镁等活泼金属可生成离子型化合物 室温下仅有 6Li + N2 → 2Li3N
2024/8/19
NH2OH 白色固体
N2H4 无色液体
14
联氨 （NH2-NH2，肼）性质
无色发烟液体，熔点275K，沸点386.5K，极性溶剂，与水 互溶，可溶解多种盐，溶液导电性好
热稳定性差（N-N键能小），250 ℃分解为NH3、N2和H2 二元弱碱（碱性小于NH3）
N2H4 + H2O N2H5+ + OH- K1= 1.7×10-6 N2H5+ + H2O N2H6+ + OH- K2= 7.6×10-15 氧化还原性 酸性溶液中强氧化剂，碱性溶液中是强还原剂 配位性 如 Co(N2H4)6Cl2 、 Fe(N2H4)2Cl2
氮族元素
2024/8/19
氮的同位素
氮的同位素
氮有两种天然同位素：氮-14和氮-15，大气氮中两同位素的相对丰度分别为99.634‰、0.366%。
对空气中氮同位素测定表明,到50km高处,其同位素组成保持稳定。
氮-14 是两种稳定的 (非放射性) 氮同位素之一，占了天然氮的 99.636% 。
氮-14 是非常少见的质子和中子的个数都是奇数的核素 (都是七个) ，而且是唯一一个成为最丰富的核素的奇-奇核素。
每个质子和中子都贡献了自旋
±1/2，形成了自旋为1的氮-14核。
和所有原子序数超过锂的元素一样，氮-14 和氮-15 在宇宙中的来源是恒星核合成，是碳氮氧循环中的一个必经核素。
氮-14 是天然存在的放射性同位素碳-14的来源。
在高层大气中，一些宇宙射线造成涉及氮-14的核反应，形成碳-14，会衰变成氮-14，半衰期5,730 ± 40 年。
氮-15 是一种稀有的氮的同位素。
两种形成氮-15 的来源分别是氧-15的正电子发射和碳-15的贝塔衰变。
氮-15是所有同位素中中子俘获截面最低的核素之一。
氮-15 频繁在 NMR 里被使用(氮-15核磁共振波谱法)。
不像更常见的氮-14，具有整数自旋，因此具有四极矩，15N 的自旋不是整数（3/2）。
这为NMR提供了优势，例如更窄的线宽。
高一化学同位素课件
同位素的分类
按原子核的结构分类
同位素可以根据其原子核的结构特点进行分类，例如核素中质子数和中子数的比例。
按同位的核素数分类
同位素还可以根据元素中相同同位素的个数进行分类，这有助于区分同位素的不同存在形式。
同位素的性质
物理性质
同位素具有不同的放射性特性，有些是放射性同位 素，有些是稳定的。
化学性质
同位素检测利用同位素的物理性质来确定其存 在与否，常用技术包括质谱法和放射性测量法。
同位素测定的方法
同位素测定可采用放射性计数、气相色谱、液 相色谱等方法进行。
同位素的安全问题
放射性同位素的危害
放射性同位素具有辐射性，可能对人体和环境 造成危害。
放射性同位素的防护措施
采取适当的防护措施，如远离源头、佩戴防护 设备、建立安全控制措施等，可减少放射性同 位素的危害。
高一化学同位素课件
同位素研究是化学中重要的领域。本课件将介绍同位素的定义、分类、性质、 应用、检测方法和安全问题，帮助您深入了解同位素的奥秘。
同位素的定义
同位素是指具有相同原子序数（即相同的原子核充电数）但质量数不同的原子，它们拥有相同的化学特性，但 质量上有所不同。 同位素的命名方法通常以所属元素的化学符号为开头，接着加上质量数。
同位素在化学反应中可能会表现出不同的反应速度 和化学性质。
同位素的应用
1
核能源的利用
同位素广泛应用于核能发电和核武器制
放射性同位素的应用
2
造。
放射性同位素常用于医学诊断、治疗和
研究。
3
稳定同位素的应用
稳定同位素可以用于标记化合物、追踪 物质的流动和研究地球、生态环境等。
同位素的检测和测定
同位素检测的原理
同位素地球化学6(精选)共35页PPT
谢谢！
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
同位素地球化学6（精选） 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
稳定氮同位素
d18O (per mil)
氮来源示踪 Trace the of sources of N
•High natural backgrounds, especially in arid and semi-arid environments.
•Widespread use as fertilizer.
•Byproduct of animal waste.
A DELTA 15-N = +10 ‰ means there is 10 parts per thousand (or permil) more 15-N in the sample than in the standard. A DELTA 15-N = -10 ‰ means there is 10 parts per thousand (or permil) less 15-N in the sample than in the standard.
Example:
For N, the ratio of 15N/14N in Air is about 1/250.
If a sample has 1% more 15N than Air (=1/250), its ratio would be: 1.01/250. This 1% corresponds to +10‰.
positive vs. negative -10 ‰ is more positive than -20 ‰ .
氮同位素及其循环
Nitrogen Isotopes and Nitrogen Cycling
17
16
15
不同氮源的δ15 N值分布图
14
13
12
同位素地球化学PPT课件
32
1）轻稳定同位素
A. 原子量小，同一元素的各同位素间
的相对质量差异较大（ΔA/A≧5%）；
B. 轻同位素组成变化的主要原因是同
位素分馏作用造成的，其反应是可逆的。
2019/7/3
第五章 同位素地球化学Ⅰ
33
2）重稳定同位素
A. 原子量大，同一元素的各同位素间的相
对质量差异小（ΔA/A＝0.7~1.2%），环境 的物理和化学条件的变化通常不导致重稳 定同位素组成的改变；
526262621放射性同位素衰变定律及同位素地质年代学原理622kar法及40ar39ar法年龄测定623rbsr法年龄测定624smnd法年龄测定625upb法年龄测定53621621同位素地质年代学的基本原理前提及分类541放射性原子释放出粒子和能量的现象即所谓的放2放射性衰变元素的原子核自发地发出粒子和释放能量而变成另一种原子核的过程
2019/7/3
第五章 同位素地球化学Ⅰ
11
5. 同位素地球化学发展现状
同位素地球化学发展迅速，已渗透到地 球科学的各个研究领域，如：大地构造 学、岩石学、矿床学、海洋学、环境科 学、空间科学等。
主要表现在以下方面：
♣ 实验测试技术不断完善和提高； ♣ 多元同位素体系的综合研究； ♣ 研究领域不断扩大； ♣ 各种新方法的出现 。
28
② 类型
1）放射性同位素(unstable or radioactive isotope)
其原子核是不稳定的，它们能自发地放出粒子并衰变成 另一种同位素。
2）稳定同位素(stable isotope)
原子核是稳定的，或者其原子核的变化不能被觉察。 元素周期表中，原子序数相同，原子质量不同，化学性
氮 氧 稳定同位素
氮氧稳定同位素氮和氧是生命中最重要的元素之一，它们的稳定同位素在地球科学、环境科学、气候科学和生态学等领域中发挥着至关重要的作用。
本文将详细介绍氮和氧的稳定同位素及其在不同领域中的应用。
氮在自然界中存在着两种常见的同位素，即氮-14（14N）和氮-15（15N）。
14N为最常见的氮同位素，占氮元素的99.6%左右，而15N仅占0.4%左右。
它们的原子量分别为14和15，因此氮的稳定同位素可以用δ15N值来表示，其计算公式如下：δ15N（‰）= （Rsample / Rstandard -1） * 1000其中，Rsample为样品中15N/14N的比例，Rstandard为标准样品中15N/14N的比例，‰表示千分之一。
氮的稳定同位素在地球科学研究中被广泛应用。
例如，它们可以用于研究岩石、矿物和土壤中的氮同位素组成，以推断地球各层之间的物质循环和化学变化。
此外，氮的稳定同位素也可以用于研究古气候和古环境，例如通过分析从化石和地球表面中提取的氮同位素数据，可以了解古生态系统的变化、古气候的演变以及生物地球化学循环等方面的信息。
在生态学研究中，氮的稳定同位素也起着重要的作用。
植物吸收土壤中的氮元素后，会兼具14N和15N两种同位素，但不同类型的植物对两种同位素的利用程度有所不同。
因此，对于给定的土壤环境，不同植物的δ15N值也有所不同。
通过比较不同植物的同位素组成，可以了解各种植物在土壤中吸收氮元素的方式、植物之间的竞争关系、土壤中氮源的供应情况等生态学信息。
氧在自然界中存在着三种同位素，即氧-16（16O）、氧-17（17O）和氧-18（18O），它们的相对丰度分别为99.76%、0.04%和0.20%。
其中，氧的稳定同位素主要是指18O同位素，其计算公式如下：在医学领域中，氧的稳定同位素也有应用。
例如，通过分析患者体内氧同位素的分布情况，可以了解人体水分代谢的情况，从而帮助医生诊断疾病并制定治疗方案。
06第六章(氮同位素)PPT课件
第五章 稳定氮同位素
Outline
氮同位素概述 氮同位素分馏 自然界中稳定氮同位素分布特征 稳定氮同位素应用简介
一、概述
1.1 氮的地球化学
❖ 地球上最大的氮储库是大气，近地表环境中约99%的氮以N2形式存 在于大气中和溶解在海水中。
❖ 其余的氮呈与C、O、H结合的形式存在于生物圈中，含量非常少，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ但对生命过程起极为重要的作用。
二、氮同位素分馏
2.1 δ15N 的表示方法及测定
氮同位素的国际标准为大气N2，其“绝对”同位素比值为 15N/14N=(3676.5±8.1)×10-6 (Hayes, 1982)，定义其δ15 N=0‰。
氮同位素样品的制样方法多为燃烧法(Combustion)，δ15 N分析 精度为0.1–0.2‰。
➢ Fixation commonly produces organic materials with δ15N-values slightly less than 0‰ ranging from −3 ‰ to +1 ‰ (Fogel and Cifuentes 1993) and occurs in the roots of plants by many bacteria.
α=1.025–1.035
(Kirshenbaum et al. 1947; Mariotti et al. 1981)
Experimental data (Nitzsche and Stiehl ,1984):
α=1.0143 at 250◦C and α=1.0126 at 350◦C .
Very small 15N-enrichment of about 0.1‰ occurs during the solution of atmospheric N2 in ocean water (Benson and Parker 1961).
Outline
氮同位素概述 氮同位素分馏 自然界中稳定氮同位素分布特征 稳定氮同位素应用简介
一、概述
1.1 氮的地球化学
❖ 地球上最大的氮储库是大气，近地表环境中约99%的氮以N2形式存 在于大气中和溶解在海水中。
❖ 其余的氮呈与C、O、H结合的形式存在于生物圈中，含量非常少，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ但对生命过程起极为重要的作用。
二、氮同位素分馏
2.1 δ15N 的表示方法及测定
氮同位素的国际标准为大气N2，其“绝对”同位素比值为 15N/14N=(3676.5±8.1)×10-6 (Hayes, 1982)，定义其δ15 N=0‰。
氮同位素样品的制样方法多为燃烧法(Combustion)，δ15 N分析 精度为0.1–0.2‰。
➢ Fixation commonly produces organic materials with δ15N-values slightly less than 0‰ ranging from −3 ‰ to +1 ‰ (Fogel and Cifuentes 1993) and occurs in the roots of plants by many bacteria.
α=1.025–1.035
(Kirshenbaum et al. 1947; Mariotti et al. 1981)
Experimental data (Nitzsche and Stiehl ,1984):
α=1.0143 at 250◦C and α=1.0126 at 350◦C .
Very small 15N-enrichment of about 0.1‰ occurs during the solution of atmospheric N2 in ocean water (Benson and Parker 1961).
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为富氧环境下的细菌作用，将硝酸盐还原为氮气。该过程平衡了 自然界的固氮过程，否则大气中的氮将在100Ma以内消耗殆尽。
反硝化作用的顺序为：NO3- NO2- NO N2O-N2 。 由两个步骤组成:①细胞吸收营养物质，无分馏氮同位素 分馏。
二、氮同位素分馏
2.1 δ15N 的表示方法及测定
氮同位素的国际标准为大气N2，其“绝对”同位素比值为 15N/14N=(3676.5±8.1)×10-6 (Hayes, 1982)，定义其δ15 N=0‰。
氮同位素样品的制样方法多为燃烧法(Combustion)，δ15 N分析 精度为0.1–0.2‰。
Denitrification causes the δ15N-values of the residual nitrate to increase exponentially as nitrate concentrations decrease. Experimental investigations have demonstrated that fractionation factors may change from 10 to 30‰, with the largest values
❖ 含氮矿物少见，主要有钠硝石(NaNO3)、硝石(α-KNO3)、鸟粪石 (NH4MgPO4.6H2O)、磷酸镁钠石(NH4MgPO4.H2O)、陨氮钛石(TiN)、氧氮 硅石(Si2N2O)等。
❖ 在地表条件下，氮可以气、液或固态存在，具有多变价态（由+5 到-3），存在形式为NO3-、NO2-、N2、NH4+、NH3、NO2、NO、N2O和氨基 酸等有机氮等。
➢ The large amount of energy needed to break the molecular nitrogen bond makes nitrogen fixation a very inefficient process
with little associated N-isotope fractionation .
➢ Fixation commonly produces organic materials with δ15N-values slightly less than 0‰ ranging from −3 ‰ to +1 ‰ (Fogel and Cifuentes 1993) and occurs in the roots of plants by many bacteria.
2.2 大陆生态系统中的氮循环
2.3 氮同位素的动力分馏
➢ 氮多价态的变化有利于同位素分馏。 ➢ 微生物在生物氮循环中起关键作用：
▪ 固氮过程； ▪ 硝化过程； ▪ 反硝化过程
❖ 动力分馏
1. 固氮作用(Fixation)：
N2+3H2O2NH3+3/2O2
➢ The term fixation is used for processes that convert unreactive atmospheric N2 into reactive nitrogen such as ammonium, usually involving bacteria.
❖ 动力分馏
2. 硝化作用(Nitrification)：
① Organic N NH4
② NO2
③
NO3
➢ 第一步基本上无氮分馏，第2步和第3步伴有较大的动力学分馏。 总分馏取决于哪一步是速率控制步骤。
➢ 如有大量氨存在，第2步或第2和第3步是速率控制步骤，形成的 硝酸盐比初始物质亏损15N约20 ‰ ~35 ‰ 。
1.2 氮同位素及其丰度
Stable N Isotopes：
14N： Atomic Mass: 14.0030740； Atomic Percent Abundance: 99.634%.
15N: Atomic Mass: 15.0001089 ； Atomic Percent Abundance: 0.366%.%
The bottom line is that isotope ratios such as these are important clues into the chemical and physical processes that have evolved over time across the Universe.
➢ 土壤中的氮慢慢转化为氨，第1步为速率控制步骤，将无分馏。
➢ 实验表明，NH4+同化时分馏为0 ‰ ~-27 ‰ ，NH4+浓度越低，分 馏越大，野外观测到的分馏约为-10 ‰ （Fogel and Cifuentes,
1995)。
❖ 动力分馏
3. 反硝化作用(Denitrification)：
14 7
N
Titan is among the most remarkable objects in our solar system. It has a remarkable atmosphere. Most of the atmosphere is nitrogen gas, (N2), as is our atmosphere. it is cold on Titan : the surface temperature is a bit below 100 K, but the atmosphere is notably warmer, around 160 K, but still pretty darn cold.
第五章 稳定氮同位素
Outline
氮同位素概述 氮同位素分馏 自然界中稳定氮同位素分布特征 稳定氮同位素应用简介
一、概述
1.1 氮的地球化学
❖ 地球上最大的氮储库是大气，近地表环境中约99%的氮以N2形式存 在于大气中和溶解在海水中。
❖ 其余的氮呈与C、O、H结合的形式存在于生物圈中，含量非常少， 但对生命过程起极为重要的作用。
反硝化作用的顺序为：NO3- NO2- NO N2O-N2 。 由两个步骤组成:①细胞吸收营养物质，无分馏氮同位素 分馏。
二、氮同位素分馏
2.1 δ15N 的表示方法及测定
氮同位素的国际标准为大气N2，其“绝对”同位素比值为 15N/14N=(3676.5±8.1)×10-6 (Hayes, 1982)，定义其δ15 N=0‰。
氮同位素样品的制样方法多为燃烧法(Combustion)，δ15 N分析 精度为0.1–0.2‰。
Denitrification causes the δ15N-values of the residual nitrate to increase exponentially as nitrate concentrations decrease. Experimental investigations have demonstrated that fractionation factors may change from 10 to 30‰, with the largest values
❖ 含氮矿物少见，主要有钠硝石(NaNO3)、硝石(α-KNO3)、鸟粪石 (NH4MgPO4.6H2O)、磷酸镁钠石(NH4MgPO4.H2O)、陨氮钛石(TiN)、氧氮 硅石(Si2N2O)等。
❖ 在地表条件下，氮可以气、液或固态存在，具有多变价态（由+5 到-3），存在形式为NO3-、NO2-、N2、NH4+、NH3、NO2、NO、N2O和氨基 酸等有机氮等。
➢ The large amount of energy needed to break the molecular nitrogen bond makes nitrogen fixation a very inefficient process
with little associated N-isotope fractionation .
➢ Fixation commonly produces organic materials with δ15N-values slightly less than 0‰ ranging from −3 ‰ to +1 ‰ (Fogel and Cifuentes 1993) and occurs in the roots of plants by many bacteria.
2.2 大陆生态系统中的氮循环
2.3 氮同位素的动力分馏
➢ 氮多价态的变化有利于同位素分馏。 ➢ 微生物在生物氮循环中起关键作用：
▪ 固氮过程； ▪ 硝化过程； ▪ 反硝化过程
❖ 动力分馏
1. 固氮作用(Fixation)：
N2+3H2O2NH3+3/2O2
➢ The term fixation is used for processes that convert unreactive atmospheric N2 into reactive nitrogen such as ammonium, usually involving bacteria.
❖ 动力分馏
2. 硝化作用(Nitrification)：
① Organic N NH4
② NO2
③
NO3
➢ 第一步基本上无氮分馏，第2步和第3步伴有较大的动力学分馏。 总分馏取决于哪一步是速率控制步骤。
➢ 如有大量氨存在，第2步或第2和第3步是速率控制步骤，形成的 硝酸盐比初始物质亏损15N约20 ‰ ~35 ‰ 。
1.2 氮同位素及其丰度
Stable N Isotopes：
14N： Atomic Mass: 14.0030740； Atomic Percent Abundance: 99.634%.
15N: Atomic Mass: 15.0001089 ； Atomic Percent Abundance: 0.366%.%
The bottom line is that isotope ratios such as these are important clues into the chemical and physical processes that have evolved over time across the Universe.
➢ 土壤中的氮慢慢转化为氨，第1步为速率控制步骤，将无分馏。
➢ 实验表明，NH4+同化时分馏为0 ‰ ~-27 ‰ ，NH4+浓度越低，分 馏越大，野外观测到的分馏约为-10 ‰ （Fogel and Cifuentes,
1995)。
❖ 动力分馏
3. 反硝化作用(Denitrification)：
14 7
N
Titan is among the most remarkable objects in our solar system. It has a remarkable atmosphere. Most of the atmosphere is nitrogen gas, (N2), as is our atmosphere. it is cold on Titan : the surface temperature is a bit below 100 K, but the atmosphere is notably warmer, around 160 K, but still pretty darn cold.
第五章 稳定氮同位素
Outline
氮同位素概述 氮同位素分馏 自然界中稳定氮同位素分布特征 稳定氮同位素应用简介
一、概述
1.1 氮的地球化学
❖ 地球上最大的氮储库是大气，近地表环境中约99%的氮以N2形式存 在于大气中和溶解在海水中。
❖ 其余的氮呈与C、O、H结合的形式存在于生物圈中，含量非常少， 但对生命过程起极为重要的作用。