同位素效应(同位素效应只对于取代反应吗)

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一、有机化学中的同位素效应

1、有机化学中的同位素效应：在化学反应过程中，反应物因同位素取代而改变了能态，从而引起化学反应速率的差异，用电解水的方法获得接近纯的重水，证实同位素取代对化学反应速率确有影响。

2、大多数元素的动力学同位素效应很小，但对于氢和氘，动力学同位素效应较大，它们的分离系数=H/D可以达到2～10左右，式中为化学反应速率常数。

3、动力学同位素效应分为一级同位素效应和二级同位素效应。一级同位素效应：在决定速率步骤中与同位素直接相连的键发生了断裂的反应中所观察到的同位素效应，其KH/KD通常在2或更高。

4、由同位素质量差异所导致的同位素效应。显然，对氢元素，由于质量差异相对于本身质量引起的相对的质量变化大，质量差异引起的同位素效应比重元素明显。利用这些效应，可把同位素分离开或进行量测。如利用重水（2H2O，或写成D2O）和轻水（1H2O）在物理性质上就存在如下表的差异：在日常生活中，这些差异是觉察不到的。

二、同位素效应的动力学同位素效应

在化学反应过程中，反应物因同位素取代而改变了能态，从而引起化学反应速率的差异。1933年G.N.路易斯等用电解水的方法获得接近纯的重水，证实同位素取代对化学反应速率确有影响。

大多数元素的动力学同位素效应很小，但对于氢和氘，动力学同位素效应较大，它们的分离系数=H/D可以达到2～10左右，式中为化学反应速率常数。

动力学同位素效应分为一级同位素效应和二级同位素效应。一级同位素效应：在决定速率步骤中与同位素直接相连的键发生了断裂的反应中所观察到的同位素效应，其KH/KD通常在2或更高。二级同位素效应：在决定速率步骤中与同位素直接相连的键不发生断裂，而是分子中其他化学键发生变化所观察到的效应，其KH/KD通常在0.7-1.5范围内。

早期动力学同位素效应是用经典的碰撞理论来解释的。1949年J.比格尔艾森建立了动力学同位素效应的统计理论。在溶液中进行的化学反应，由于溶剂的同位素取代，而产生溶剂同位素效应。动力学同位素效应是分离同位素的重要根据之一，还可用来研究化学反应机理和溶液理论。

三、同位素化学的效应

可分为四个研究方面：①光谱同位素效应，因同位素核质量的不同使原子或分子的能级发生变化，从而引起光谱谱线位移。这一效应不仅用于分析同位素，更重要的是用于研究分子结构。②热力学同位素效应，同位素的质量差别越大，其物理、化学性质的差别也越大，是轻同位素分离的理论基础。③动力学同位素效应,同位素的取代使反应物的能态发生变化,可引起化学反应速率的差异。此效应能用于分离同位素、研究化学反应机理和溶液理论。④生物学同位素效应，在生物学同位素效应中，以氘的效应最为显著，尚未观察到碳13、氮15和氧18等生命重要元素的重同位素有显著的生物学同位素效应。（见同位素效应）。

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