100
GÉOCHIMIE MARINE
aA_B =
= 1000 +§A « 1+§A §B
(3.2)
Rb
1000 +Sb
1000
On définit également le coefficient A (ce coefficient est aussi fréquemment noté e, mais
nous n’utiliserons pas cette notation pour éviter toute ambiguïté avec la composition isotopique du Nd :
4w = (««,-DxlOOO . ÔA-Ô,
(3.3)
Exercice d'application : fractionnement de l’oxygène de l’eau
On considère de la vapeur d’eau dont le ôl8O par rapport au SMOW est de -20 %o. Si le coefficient de fractionnement de l’oxygène entre le liquide et la vapeur est «liquidc.vapeur = 1,0092 à
25 °C, quel sera le Ô18O de l’eau liquide en l’équilibre-isotopique avec cette vapeur ? Utilisez
deux méthodes de calcul : une exacte et une approchée.
Réponse :
Solution exacte :
ô18O, . = a, .
(1000 +ô180 J - 1000 =-10,98 %o
liquide
liquide-vapeur v
vapeur7
Solution approchée : ô18O,.
= ô18O
+ (a,
- 1) x 1000 =-10,80 %o
r r
liquide
vapeur
x liquide- vapeur
7
3
4,.
=9,2%o
liquide-vapeur
5
3.3. Les différents types de fractionnements : l’exemple
de l’oxygène
Les fractionnements cinétiques
Quand une réaction chimique ou un changement de phase se déroule de façon irréversible (c’est-à-dire que la transformation n’a lieu que dans un sens pour des raisons de
cinétique ou de thermodynamique ou parce qu’on sépare systématiquement les produits des
réactifs), on observe que les isotopes légers réagissent plus vite que les isotopes lourds. Intuitivement, on peut voir la liaison chimique entre deux atomes comme un ressort reliant deux
masses qui oscillent. Plus les masses sont faibles, plus leur fréquence de vibration est grande,
ce qui fragilise la liaison. Pour un élément chimique donné, un isotope léger forme donc des
liaisons chimiques moins stables qu’un isotope lourd. L’isotope léger réagissant plus vite, il
est enrichi dans les produits de réaction. Cet effet cinétique diminue (jusqu’à disparaître)
quand la température augmente.
C onsidérons la transformation eau liquide —» eau vapeur. Dans l’eau liquide, l’atome
d oxygène (chargé négativement) d’une molécule d’eau établit souvent une ou deux liaisons
hydrogène avec les atomes d’hydrogène (chargés positivement) des molécules d’eau voisines.
Ainsi, les molécules H^O, qui sont moins fortement liées que les molécules H,18O dans le
liquide, s'évaporent plus facilement alors que les molécules H^SO restent dans le liquide. De
GÉOCHIMIE MARINE
aA_B =
= 1000 +§A « 1+§A §B
(3.2)
Rb
1000 +Sb
1000
On définit également le coefficient A (ce coefficient est aussi fréquemment noté e, mais
nous n’utiliserons pas cette notation pour éviter toute ambiguïté avec la composition isotopique du Nd :
4w = (««,-DxlOOO . ÔA-Ô,
(3.3)
Exercice d'application : fractionnement de l’oxygène de l’eau
On considère de la vapeur d’eau dont le ôl8O par rapport au SMOW est de -20 %o. Si le coefficient de fractionnement de l’oxygène entre le liquide et la vapeur est «liquidc.vapeur = 1,0092 à
25 °C, quel sera le Ô18O de l’eau liquide en l’équilibre-isotopique avec cette vapeur ? Utilisez
deux méthodes de calcul : une exacte et une approchée.
Réponse :
Solution exacte :
ô18O, . = a, .
(1000 +ô180 J - 1000 =-10,98 %o
liquide
liquide-vapeur v
vapeur7
Solution approchée : ô18O,.
= ô18O
+ (a,
- 1) x 1000 =-10,80 %o
r r
liquide
vapeur
x liquide- vapeur
7
3
4,.
=9,2%o
liquide-vapeur
5
3.3. Les différents types de fractionnements : l’exemple
de l’oxygène
Les fractionnements cinétiques
Quand une réaction chimique ou un changement de phase se déroule de façon irréversible (c’est-à-dire que la transformation n’a lieu que dans un sens pour des raisons de
cinétique ou de thermodynamique ou parce qu’on sépare systématiquement les produits des
réactifs), on observe que les isotopes légers réagissent plus vite que les isotopes lourds. Intuitivement, on peut voir la liaison chimique entre deux atomes comme un ressort reliant deux
masses qui oscillent. Plus les masses sont faibles, plus leur fréquence de vibration est grande,
ce qui fragilise la liaison. Pour un élément chimique donné, un isotope léger forme donc des
liaisons chimiques moins stables qu’un isotope lourd. L’isotope léger réagissant plus vite, il
est enrichi dans les produits de réaction. Cet effet cinétique diminue (jusqu’à disparaître)
quand la température augmente.
C onsidérons la transformation eau liquide —» eau vapeur. Dans l’eau liquide, l’atome
d oxygène (chargé négativement) d’une molécule d’eau établit souvent une ou deux liaisons
hydrogène avec les atomes d’hydrogène (chargés positivement) des molécules d’eau voisines.
Ainsi, les molécules H^O, qui sont moins fortement liées que les molécules H,18O dans le
liquide, s'évaporent plus facilement alors que les molécules H^SO restent dans le liquide. De