同學們 學過了化學反應速率章節 各位對反應速率定律及反應級數 是否有更多的認識？ 讓我們一起來練習反應速率的應用吧！ 電影中的學者常會挖掘古生物、文物 或發現人類活動的遺跡 而現實世界中 地質學家及古生物學家則會進一步研究 讓我們對歷史、生物演化及地質 氣候變遷等有更多的認識 放射性元素定年法 就是一個常用的方式 當放射性同位素衰變掉原有量的一半時 所用去的時間 我們稱之為半生期 因為放射性元素衰變過程中 半生期為一定值 利用此一特性 即可用於測量地質 古生物等的存在年代 由於不同的同位素衰變後 生成的穩定原子種類不同 半生期亦不相同 我們可以依照樣品中所含元素的不同 用不同種類的元素做定年 畫面中為常用作放射性元素定年法之元素 如果將放射性同位素衰變之反應速率 對反應物濃度作圖 會與下列何反應圖形最相似？ 因放射性元素衰變過程半生期不變 為一級反應 其速率定律式為 r等於k r為反應速率 k為速率常數 A為反應物濃度 一級反應之反應速率 與反應物濃度一次方成正比 故答案選B 已知碳14定年法常用在確認古物的年代 若在某地挖出疑似三葉蟲化石 於二億五千萬年前二疊紀結束時滅絕 請問用碳14定年法 來確定其年代是否合適？ 為什麼呢？ 一般而言 若古物存在年代超過10個半生期 會因為同位素含量太少而難以偵測 而碳14半生期僅有約5730年 但因推測三葉蟲 為二億五千萬年前生物 所以碳14的含量應該會過低 難以用來定年 若無法使用碳14 進行上題中三葉蟲之定年 可以改用什麼元素較適當？ 三葉蟲生活年代在二億五千萬年前 可使用三葉蟲化石存在之岩層中 所含的鉀40作為定年依據 鈾238因為含量較少 所以鉀40更適當 故宮博物院中 有精雕細琢的象牙雕刻的藝術品 名產商店中也有許多仿象牙製品 若在文物中發現一批象牙製品 碳14存量為活體象牙的三分之二 試計算這批象牙製品製作的年代 距今約多少年？ 由前面提到的數據 得知碳14半生期為5730年 代表碳14每經過1個半衰期 會剩餘原來的二分之一 經過n個半衰期 會剩餘原來的的n次方 可推得象牙文物年代 約為距今3438年前 除了用同位素定年瞭解象牙形成的年份 推測古文物製作的年代外 科學家還可以進一步利用同位素的比例 判斷大象生活的區域 並打擊非法象牙走私 因為植物進行光合作用時 樹木比草本植物 需要經過較多步驟合成葡萄糖 而碳12、碳13進行反應的速率不同 故碳12、碳13比值 在草和樹中會產生差異 進而影響到大象等草食性動物 身體中的碳12、碳13比值 同樣的氮15與氮14 及鍶87與鍶86的比值 也會因為象群生活區域不同而有差異 科學家們便利用這些差異 區分象牙的產地 及大象生活的環境 為什麼碳12 碳13進行反應的速率不同？ 試推測可能的原因 同一元素的同位素 雖然能發生相同的化學反應 但因為質量不同 反應速率也隨之不同 質量較輕的同位素 進行反應需要的能量較少 速率較快 較重的同位素需要能量較大 進行反應的速率較慢 自然界的碳12含量約百分之99 碳13約為百分之一 但不同區域的含量會略有差異 此差異可以用delta 碳13表示 其定義為樣品的碳13 除以碳12的比值 相較於國際標準物 碳13除以碳12比值的變化比例 因為變化極微量 故以千分率表示 計算公式如畫面所示 若已知國際標準物質 碳13與碳12的比值為0.011237 從賴比瑞亞薩波的大象骨頭分析得 知碳13與碳12比值為0.011538 試求出這個大象骨頭樣品的 delta碳13為多少？ 將該大象骨頭樣品的碳13與碳12比值 除以國際標準物質的碳13與碳12比值 套入公式後 即可獲得大象骨頭樣品的 delta碳13為千分之26.79 根據科學家1990年 發布在Nature期刊資料 在非洲各地區大象骨頭及牙齒中 delta碳13、delta氮15的比值變化 及鍶87與鍶86比值資料如畫面表格 從表中可以看出不同產地的大象 其delta碳13、delta氮15 及鍶87與鍶86比值有顯著差異 我們可以利用這些數據 來判斷象牙的產地及是否為盜獵得到 海關查獲一批走私象牙 經查其delta碳13為千分之-18.34 delta氮15為千分之8.25 而鍶87與鍶86比值為千分之0.7117 請問這批象牙可能是從何處走私出口的？ 對照題題目中的數據 此批象牙可能產地為 南非的克留格爾國家公園 你認為同位數 在不同地點比例不同的特性 除了訂出象牙產地年代外 還可以有哪些應用？ 1.由於不同地區的雨水中 同位素含量比例不同 可藉此判斷水循環的過程 及各地時空之差異 2.動物走私來源鑑定 例如穿山甲等保育類動物 可由生物體中 不同同位素之含量比例 推論其生活環境及走私來源 3.犯罪搜查 外國警方曾從嫌犯衣物中 蒐證放射性同位素相對比例 作為嫌犯曾出現在犯罪現場之證據 還可能有哪些應用呢？ 大家可以想一想 與我們分享喔 我們下次見 Bye bye！