Base teórica de Geoquímica Isotópica

Transcripción

1 Base teórica de Geoquímica Isotópica Albert Soler Gil Director del grupo de Mineralogia Aplicada y Medioambiente Grup de Mineralogia Aplicada i Medi Ambent (MAiMA) Departament de Mineralogia, Petrologia i Geologia Aplicada Facultat de Ciències de la Terra, Universitat de Barcelona

2 ISÓTPS Los isótopos de un elemento son átomos con igual número atómico pero distinta masa atómica. Ejemplo carbono: 12 C 13 C C

3 Número de protones Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental ISÓTPS Los isótopos estables son aquellos que no sufren un decaimiento radioactivo Número de neutrones (modificado de Clark and Fritz, 1997)

4 ISÓTPS Isótopos ambientales ISÓTPS RADIACTIVS ISÓTPS ESTABLES Se desintegran emitiendo partículas α, β, γ Ejemplos: 3 H (Tritio), C No se desintegran de forma espontánea Ejemplos: 18, 2 H, 13 C, 34 S, 15 N, Usados para determinar la edad (datación) Uso como trazadores del origen de los solutos y procesos

5 CMPSICIÓN ISTÓPICA R= 18 / se expresa por convención respecto a un estándar de referencia Se conoce como desviación isotópica d d 18 H2 muestra d 18 H2 muestra= ( 18 / ) muestra -( 18 / ) estándar ( 18 / ) estándar X10 3 d 2 H VSMW: Viena Standard Mean cean Water d 18 VSMW: Viena Standard Mean cean Water d 13 C VPDB: Viena Pee Dee Belemnite d 34 S VCDT: Viena Cañon Diablo Troilite (FeS) d 15 N : Aire d 18 H2 muestra > 0 la muestra esta enriquecida en 18 d 18 H2 muestra < 0 la muestra esta empobrecida en 18 Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental

6 d 2 H CMPSICIÓN ISTÓPICA La composición isotópica puede variar debido a distintos procesos: 1.- Mezcla entre compuestos con diferente composición isotópica. 0 d 18 A d 18 B d 18 M d 18 M = d 18 A X A + d 18 B X B d 18 Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental

7 FRACCINAMIENT ISTÓPIC La composición isotópica puede variar debido a: 2.- Reparto de los diferentes isótopos a lo largo de procesos físicos d 2 H d 18 Fraccionamiento isotópico. d 2 H d 18 d 2 H d 18 d 2 H d 18

8 d 18 FRACCINAMIENT ISTÓPIC La fuerza de enlace es función de la masa del isótopo ligeras diferencias entre las propiedades físicas y químicas FRACCINAMIENT ISTÓPIC en el ciclo del agua. Propiedades 1 H 2 2 H 2 d 2 H d 18 T ebullición ( C) d 2 H d 18 d 2 H d 18 d 2 H d 18

9 FRACCINAMIENT ISTÓPIC La composición isotópica del agua refleja su origen y procesos sufridos

10 FRACCINAMIENT ISTÓPIC La composición isotópica puede variar debido a: Reparto de los diferentes isótopos en distintos compuestos a lo largo de procesos químicos Fraccionamiento isotópico. Ej. Reacción de desnitrificación: 4N CH 2 + 4H + 2N 2 + 5HC H 2 15 N N 15 N N N N N N N N N N N 15 N N N REACCIÓN N N N N N N N N N 15 N N N d 15 N = 0 per mil + 4 d 15 N = - 4

11 Concentración (mg/l) Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental Enriquecimiento en isótopo pesado d 15 N ( ) FRACCINAMIENT ISTÓPIC Tiempo (d) -30

12 d 18 FRACCINAMIENT ISTÓPIC Fraccionamiento isotópico. Ej. Reacción de desnitrificación: 4N CH 2 + 4H + 2N 2 + 5HC H 2 [ d 15 N] Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental

13 FRACCINAMIENT ISTÓPIC El fraccionamiento isotópico es diluido por el número de átomos de la molécula disminuyendo con el número de átomos de la molécula. C 1:2 C 1:15 Cl 4 -C 2 C 1:1 C 1:8 H-Cl 3 -C 2 C 1:1 C 1:6 C 1:12 Disminución fraccionamiento observable fraccionamiento no detectable Page 13 Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental

14 FRACCINAMIENT ISTÓPIC Algunos procesos no comportan fraccionamiento isotópico (negligible): Disolución, Dispersión, Sorción, Dilución, etc. C t La concentración del contaminante in situ B % 1 C Solo la degradación representa una disminución de la masa de contaminante.

15 FRACCINAMIENT ISTÓPIC La concentración del contaminante in situ es influenciada por diversos procesos C C t B % 0 Cálculo de eficiencia de descontaminación B[%] R 1 R t Sustitución de las concentraciones por las relaciones isotópicas mediante la ecuación de Rayleigh

16 FRACCINAMIENT ISTÓPIC A partir de experimentos en sistema cerrado se puede calcular el valor del fraccionamiento, en aquellos casos en que no sea conocido.

17 Gracias! Jornada de Transferencia I+D+I El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental En colaboración con