การแยกไอโซโทปสมดุลคือการแยกไอโซโทป บางส่วน ระหว่างสารสองชนิดขึ้นไปที่อยู่ในสมดุลทางเคมีการแยกไอโซโทปสมดุลจะรุนแรงที่สุดที่อุณหภูมิต่ำ และ (ร่วมกับผลกระทบของไอโซโทปจลน์ ) เป็นพื้นฐานของเครื่องวัดอุณหภูมิโบราณไอโซโทปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด(หรือตัวแทนสภาพภูมิอากาศ ): บันทึกD/Hและ¹⁸ O/ ¹⁶ O จาก แกนน้ำแข็งและ บันทึก ¹⁸ O/ ¹⁶ O จากแคลเซียมคาร์บอเนต ดังนั้นจึงมีความสำคัญต่อการสร้างบันทึกอุณหภูมิทางธรณีวิทยา^{[ 1 ]}การแยกไอโซโทปที่เกิดจากกระบวนการสมดุลได้รับการสังเกตในธาตุหลายชนิด ตั้งแต่ไฮโดรเจน ( D/H ) ไปจนถึงยูเรเนียม ( ²³⁸ U/ ²³⁵ U ) โดยทั่วไป ธาตุเบา (โดยเฉพาะไฮโดรเจนโบรอนคาร์บอนไนโตรเจนออกซิเจนและกำมะถัน ) จะไวต่อการแยก ไอโซโทป มากที่สุด และไอโซโทป ของธาตุเหล่านี้มักจะแยกออก จากกันในระดับที่มากกว่าธาตุหนัก

เชื่อกันว่าการแยกส่วนสมดุลส่วนใหญ่เกิดจากการลดลงของพลังงานการสั่นสะเทือน (โดยเฉพาะพลังงานจุดศูนย์ ) เมื่อไอโซโทปที่มีมวลมากกว่าเข้ามาแทนที่ไอโซโทปที่มีมวลน้อยกว่า ซึ่งนำไปสู่ความเข้มข้นที่สูงขึ้นของไอโซโทปที่มีมวลมากกว่าในสารที่พลังงานการสั่นสะเทือนมีความไวต่อการแทนที่ไอโซโทปมากที่สุด กล่าวคือ สารที่มีค่าคงที่แรงยึดเหนี่ยวสูงสุด

ในปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนไอโซโทปสองชนิด คือ^l X และ^h X ของธาตุ "X" ในโมเลกุล AX และ BX

${\displaystyle {\ce {A^{\mathit {l}}X{}+B^{\mathit {h}}X<=>A^{\mathit {h}}X{}+B^{\mathit {l}}X}}}$

โมเลกุลของสารตั้งต้นแต่ละตัวจะเหมือนกับโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ทุกประการ ยกเว้นการกระจายตัวของไอโซโทป (กล่าวคือ พวกมันเป็นไอโซโทโพล็อก ) ปริมาณการแยกไอโซโทปในปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนสามารถแสดงได้ในรูปของปัจจัยการแยกไอโซโทป:

${\displaystyle \alpha ={\frac {(^{h}{\ce {X}}/^{l}{\ce {X}})_{{\ce {AX}}}}{(^{h}{\ce {X}}/^{l}{\ce {X}})_{{\ce {BX}}}}}}$

${\displaystyle \alpha =1}$แสดงว่าไอโซโทปกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอระหว่าง AX และ BX โดยไม่มีการแยกส่วนไอโซโทปแสดงว่า^h X มีความเข้มข้นในสาร AX และแสดงว่า^h X มีความเข้มข้นในสาร BX αมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับค่าคงที่สมดุล (K _eq ): ${\displaystyle \alpha >1}$${\displaystyle \alpha <1}$

${\displaystyle \alpha =(K_{eq}\cdot \Pi \sigma _{Products}/\Pi \sigma _{Reactants})^{1/n}}$

โดยที่คือผลคูณของ เลขสม มาตรการหมุนของผลิตภัณฑ์ (ด้านขวาของปฏิกิริยาแลกเปลี่ยน) คือผลคูณของเลขสมมาตรการหมุนของสารตั้งต้น (ด้านซ้ายของปฏิกิริยาแลกเปลี่ยน) และnคือจำนวนอะตอมที่แลกเปลี่ยนกัน ${\displaystyle \Pi \sigma _{Products}}$${\displaystyle \Pi \sigma _{Reactants}}$

ตัวอย่างหนึ่งของการแยกไอโซโทปที่สมดุลคือ ความเข้มข้นของไอโซโทปหนักของออกซิเจนในน้ำ เหลว เมื่อเทียบกับไอ น้ำ

${\displaystyle {\ce {{H2{^{16}O}{(l)}}+{H2{^{18}O}{(g)}}<=>{H2{^{18}O}{(l)}}+{H2{^{16}O}{(g)}}}}}$

ที่อุณหภูมิ 20 °C ค่าแฟกเตอร์การแยกส่วนสมดุลสำหรับปฏิกิริยานี้คือ

${\displaystyle \alpha ={\frac {{\ce {(^{18}O/^{16}O)_{ของเหลว}}}}{{\ce {(^{18}O/^{16}O)_{ไอระเหย}}}}}=1.0098}$

การแยกส่วนไอโซโทปแบบสมดุลเป็นรูปแบบหนึ่งของการแยกส่วนไอโซโทปที่ขึ้นอยู่กับมวล ในขณะที่การแยกส่วนไอโซโทปที่ไม่ขึ้นอยู่กับมวลนั้นโดยทั่วไปถือว่าเป็นกระบวนการ ที่ไม่สมดุล

สำหรับปฏิกิริยาที่ไม่สมดุล ผลกระทบของไอโซโทปจะอธิบายได้ดีกว่าด้วยสมการ GEBIK และ GEBIF สำหรับการแยกส่วนไอโซโทปจลนศาสตร์ชั่วคราวซึ่งสรุปผลกระทบของไอโซโทปที่ไม่คงที่ในปฏิกิริยาเคมีและชีวเคมีใดๆ^{[ 2 ]}

เมื่อไอน้ำควบแน่น (การแยกส่วนสมดุล) ไอโซโทปของน้ำที่หนักกว่า (H ₂ ¹⁸ O และ² H ₂ O) จะมีความเข้มข้นมากขึ้นในเฟสของเหลว ในขณะที่ไอโซโทปที่เบากว่า (H ₂ ¹⁶ O และ¹ H ₂ O) มีแนวโน้มที่จะอยู่ในเฟสของไอน้ำ^{[ 3 ]}

• การแยกส่วนจลนศาสตร์
• การแยกส่วนที่ไม่ขึ้นกับมวล
• การแยกส่วนไอโซโทปจลนศาสตร์ชั่วคราว

• ค่าคงที่สมดุล § ผลของการเปลี่ยนไอโซโทป
• การวิเคราะห์ไอโซโทป
• เคมีไฟฟ้าไอโซโทป
• ธรณีเคมีไอโซโทป
• ผลกระทบของไอโซโทปจลน์
• ไอโซโทปเสถียร
• ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของอิเล็กโทรด

AlphaDelta: เครื่องคำนวณการแยกส่วนไอโซโทปเสถียร - http://www2.ggl.ulaval.ca/cgi-bin/isotope/generisotope.cgi