同位素交換反應英文解釋翻譯、同位素交換反應的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【化】 isotope exchange reaction

分詞翻譯：

同位素的英語翻譯：

isotope; isotopes
【化】 isotope; isotopes
【醫】 isotope

交換反應的英語翻譯：

【化】 exchange reaction; permutoid reaction

專業解析

同位素交換反應（Isotope Exchange Reaction）是指同種元素的不同同位素原子在化學物種之間發生位置互換的化學反應。這類反應的特點是反應前後體系的化學組成和化學性質不變，僅同位素組成發生改變。以下是詳細解釋：

一、基本概念與定義

同位素交換反應可表示為：

$$ ce{AX + BX^ <=> AX^ + BX} $$

其中：

( ce{X} ) 和 ( ce{X^*} ) 表示同一元素的輕、重同位素（如 ( ce{H} ) 與 ( ce{H} )）；
( ce{A} )、( ce{B} ) 為不同化學基團（如分子、離子或配體）。
反應通過化學鍵的斷裂與重組實現同位素原子交換，最終達到熱力學平衡。

二、反應特征

化學平衡性
反應前後總化學物質種類不變，僅同位素分布改變，遵循質量守恒定律。

動力學同位素效應
輕、重同位素因質量差異導緻反應速率不同（如 ( k{ce{H}}/k{ce{D}} > 1 )），常用于研究反應機制。

可逆性
多數交換反應可逆，最終達到同位素平衡分布。

三、反應機制與類型

根據化學鍵變化方式可分為：

解離機制
分子解離為自由基或離子，再與同位素結合（如 ( ce{H2 + D2 -> 2HD} )）。

締合機制
形成中間過渡态（如 ( ce{CH4 + D2O -> CH3D + HDO} )）。

電子轉移機制
常見于氧化還原體系（如 ( ce{Fe^{2+} + Fe^{3+} <=> Fe^{3+} + Fe^{2+}} )）。

四、應用領域

示蹤技術
用放射性同位素（如 ( ce{^{14}C} )）标記分子，追蹤生物代謝路徑。

動力學研究
測定化學鍵斷裂速率（如酶促反應中 ( k{ce{H}}/k{ce{D}} ) 分析）。

同位素分離
用于重水（( ce{D2O} )）生産或核燃料處理。

地質年代測定
通過氧同位素（( ce{^{18}O/^{16}O} )）交換研究礦物形成溫度。

五、實例說明

以水中的氫-氘交換為例：

$$ ce{H2O + D2O <=> 2HDO} $$

該反應需催化劑（如酸、堿）加速，平衡常數 ( K approx 3.8 )（25°C），表明HDO為優勢産物。

參考文獻

International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Isotope Exchange Reaction. 術語庫鍊接
National Institute of Standards and Technology (NIST). Isotope Effects in Chemical Reactions. NIST化學手冊
Wang, Y. Isotope Exchange Methods in Kinetic Studies. Chemical Reviews, 2018. DOI:10.1021/acs.chemrev.7b00437
Urey, H.C. The Thermodynamic Properties of Isotopic Substances. Journal of Chemical Physics, 1947. 經典論文

網絡擴展解釋

同位素交換反應是指在不改變體系化學組成和物理狀态的前提下，同一元素的不同同位素原子在不同分子、相或分子内部發生重新分配的過程。以下是詳細解釋：

1.基本定義

同位素交換反應的核心特征是同位素原子重新分配，而物質本身的化學性質、濃度及物理狀态均不發生變化。例如，水（H₂O）與重水（D₂O）混合時，可能發生氫同位素交換，生成HDO分子。

2.反應機理

根據反應機制可分為兩類：

電離機理：分子先解離為離子或自由基，複合時發生同位素重新分配。例如：
$$text{H}_2 + text{D}_2 rightleftharpoons 2text{HD}$$
通過H₂和D₂的解離與重組實現氫同位素交換。
締合機理：分子通過形成中間配合物實現同位素交換。例如CO₂與¹³CO₂的交換可能通過短暫締合中間體完成。

3.分類

按相态：
- 均相交換：發生在同一相内（如氣相或液相），通過解離、締合或電子轉移實現。
- 多相交換：涉及不同相（如氣-液、固-液），需同位素原子跨相遷移。
按複雜度：
- 簡單交換：每個分子僅一個原子參與交換（如H₂與D₂的交換）。
- 複雜交換：同一分子中多個同位素原子參與，但位置相同（如CO₂中兩個氧原子同時交換）。

4.反應速率影響因素

分子結構：結構對稱的分子（如H₂）交換速率快，複雜分子（如有機物）可能需催化劑。
溫度與催化劑：高溫或催化劑可加速慢反應，如某些金屬催化氫同位素交換。

5.應用

同位素分離：通過化學交換法（如氣-液交換）富集特定同位素（如鈾濃縮）。
地質與生物研究：通過同位素分餾效應追蹤化學反應路徑或環境變化。

如需更完整的機理案例或應用場景，可參考（搜狗百科）和（PPT課件）。