豐度

在物理學中，天然豐度（Natural Abundance, 縮寫: NA），又稱天然存在比，是指在在一個行星上被發現天然存在的化學元素的同位素的化學元素豐度。豐度的大小一般以百分數表示。人造同位素的豐度為零。周期表上所列的原子量實際上是各種同位素按照摩爾分數豐度加權的平均值，這是因為各種同位素在自然界中往往分布的比較均勻，取平均值計算比較準確。同位素的豐度在行星之間變化，甚至在地球上從一個地方到另一個地方變化，但在時間上保持相對恆定（在短期範圍內）。

例如，鈾有三種天然存在的同位素：²³⁸U，²³⁵U，和²³⁴U。它們各自的天然摩爾分數豐度為99.2739-99.2752％，0.7198-0.7202％，和0.0050-0.0059％^[1] 。例如，如果100,000個鈾原子被分析，人們可能會發現大約99,274個²³⁸U原子，大約720個²³⁵U原子，以及極少數（最可能是5或6個）²³⁴U原子。這是因為²³⁸U比²³⁵U或²³⁴U穩定得多，因為每種同位素的半衰期所透露：²³⁸U為4.468 × 10⁹年，而²³⁵U為7.038 × 10⁸年，²³⁴U為245,500年。

正是因為不同的鈾同位素具有不同的半衰期，當地球更年輕時，鈾的同位素組成是不同的。例如， 1.7×10⁹年前，²³⁵U的天然豐度NA為3.1％，而今天為0.7％，因此可以形成天然核裂變反應堆，而這是今天不可能發生的事情。

然而，給定同位素的天然豐度也受其在核合成中產生的可能性的影響（例如釤的情況;放射性¹⁴⁷Sm和¹⁴⁸Sm比穩定的¹⁴⁴Sm豐富得多），以及作為給定的同位素的天然放射性同位素的衰變產物產生（例如放射性的鉛的同位素）。

自然豐度的偏差

現在通過對太陽和原始隕石的研究已知太陽系最初在同位素組成上幾乎是均勻的。在太陽核燃燒開始時的局部採樣的（演變的）銀河系平均值的偏差通常可以通過質量分餾（參見關於質量無關分餾（英語：Mass-independent fractionation）的文章）加上有限數量的核衰變和嬗變過程來解釋^[2]。還有證據表明從附近的超新星爆炸中注入了短暫的（現已滅絕的）同位素，這可能引發了太陽星雲的坍塌^[3]。因此，地球上自然豐度的偏差通常以千分之幾（千分比per mil或‰）來衡量，因為它們小於百分之一（％）。

唯一的例外是原始隕石中發現的太陽前顆粒(Presolar grains)。這些繞過了均質化，並且經常帶有特定核合成過程的核特徵，在這些核過程中，它們的元素被製成^[4]。在這些材料中，與「天然豐度」的偏差有時以100的因子來測量。

一些元素的天然豐度

下表給出了一些元素的同位素分布。磷和氟等元素僅作為單一同位素存在，天然豐度為100％。

**一些元素的天然豐度** ^[5]
同位素	% 天然豐度	原子量
¹H	99.985	1.007825
²H	0.015	2.0140
¹²C	98.89	12（定義值）
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

參閱

參考資料

^ Uranium Isotopes, [14 March 2012], （原始內容存檔於2011-01-19）
^ Clayton, Robert N. Isotopic anomalies in the early solar system. Annual Review of Nuclear and Particle Science. 1978, 28: 501–522. Bibcode:1978ARNPS..28..501C. doi:10.1146/annurev.ns.28.120178.002441.
^ Zinner, Ernst. An isotopic view of the early solar system. Science. 2003, 300 (5617): 265–267 [2018-09-08]. PMID 12690180. doi:10.1126/science.1080300. （原始內容存檔於2010-07-10）.
^ Zinner, Ernst. Stellar nucleosynthesis and the isotopic composition of presolar grains from primitive meteorites. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 1998, 26: 147–188. Bibcode:1998AREPS..26..147Z. doi:10.1146/annurev.earth.26.1.147.
^ Lide, D. R. (編). CRC Handbook of Chemistry and Physics 83rd. Boca Raton, FL: CRC Press. 2002. ISBN 0-8493-0483-0.

[1] Uranium Isotopes, [14 March 2012], （原始內容存檔於2011-01-19）

[2] Clayton, Robert N. Isotopic anomalies in the early solar system. Annual Review of Nuclear and Particle Science. 1978, 28: 501–522. Bibcode:1978ARNPS..28..501C. doi:10.1146/annurev.ns.28.120178.002441.

[3] Zinner, Ernst. An isotopic view of the early solar system. Science. 2003, 300 (5617): 265–267 [2018-09-08]. PMID 12690180. doi:10.1126/science.1080300. （原始內容存檔於2010-07-10）.

[4] Zinner, Ernst. Stellar nucleosynthesis and the isotopic composition of presolar grains from primitive meteorites. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 1998, 26: 147–188. Bibcode:1998AREPS..26..147Z. doi:10.1146/annurev.earth.26.1.147.

[5] Lide, D. R. (編). CRC Handbook of Chemistry and Physics 83rd. Boca Raton, FL: CRC Press. 2002. ISBN 0-8493-0483-0.

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