Natural abundance

In physics, natural abundance (NA) refers to the abundance of isotopes of a chemical element as naturally found on a planet. The relative atomic mass (a weighted average, weighted by mole-fraction abundance figures) of these isotopes is the atomic weight listed for the element in the periodic table. The abundance of an isotope varies from planet to planet, and even from place to place on the Earth, but remains relatively constant in time (on a short-term scale).

As an example, uranium has three naturally occurring isotopes: ²³⁸U, ²³⁵U, and ²³⁴U. Their respective natural mole-fraction abundances are 99.2739–99.2752%, 0.7198–0.7202%, and 0.0050–0.0059%.^[1] For example, if 100,000 uranium atoms were analyzed, one would expect to find approximately 99,274 ²³⁸U atoms, approximately 720 ²³⁵U atoms, and very few (most likely 5 or 6) ²³⁴U atoms. This is because ²³⁸U is much more stable than ²³⁵U or ²³⁴U, as the half-life of each isotope reveals: 4.468 billion years for ²³⁸U compared with 7.038 × 10⁸ years for ²³⁵U and 245,500 years for ²³⁴U.

Exactly because the different uranium isotopes have different half-lives, when the Earth was younger, the isotopic composition of uranium was different. As an example, 1.7 billion years ago the NA of ²³⁵U was 3.1% compared with today's 0.7%, and that allowed a natural nuclear fission reactor to form, something that cannot happen today.

However, the natural abundance of a given isotope is also affected by the probability of its creation in nucleosynthesis (as in the case of samarium; radioactive ¹⁴⁷Sm and ¹⁴⁸Sm are much more abundant than stable ¹⁴⁴Sm) and by production of a given isotope as a daughter of natural radioactive isotopes (as in the case of radiogenic isotopes of lead).

Gracias al estudio del Sol y de meteoritos primitivos, ahora se sabe que el Sistema Solar era inicialmente casi homogéneo en su composición isotópica. Las desviaciones del promedio galáctico (en evolución), muestreadas localmente alrededor del momento en que comenzó la fusión nuclear del Sol, generalmente se explican por el fraccionamiento de masa (véase el artículo sobre fraccionamiento independiente de la masa ) más un número limitado de procesos de desintegración y transmutación nuclear. ^{[ 2 ]} También hay evidencia de la inyección de isótopos de corta vida (ahora extintos) provenientes de una explosión de supernova cercana que pudo haber desencadenado el colapso de la nebulosa solar. ^{[ 3 ]} Por lo tanto, las desviaciones de la abundancia natural en la Tierra a menudo se miden en partes por mil ( por mil o ‰) porque son inferiores al uno por ciento (%).

Una excepción a esto la constituyen los granos presolares hallados en meteoritos primitivos. Estos pequeños granos se condensaron en los flujos de salida de estrellas evolucionadas ("moribundas") y escaparon a los procesos de mezcla y homogeneización en el medio interestelar y el disco de acreción solar (también conocido como nebulosa solar o disco protoplanetario). ^{[ 4 ]} Como condensados ​​estelares ("polvo estelar"), estos granos portan las firmas isotópicas de procesos específicos de nucleosíntesis en los que se formaron sus elementos. ^{[ 5 ]} En estos materiales, las desviaciones de la "abundancia natural" a veces se miden en factores de 100. ^{[ 4 ]}

La siguiente tabla muestra la distribución de isótopos terrestres para algunos elementos. Algunos elementos, como el fósforo y el flúor , solo existen como un único isótopo, con una abundancia natural del 100 %.

• Abundancia de los elementos químicos
• Producto de descomposición
• Isótopo
• granos presolares
• radionúclido

• Tabla interactiva del Proyecto de Isótopos de Berkeley (archivada en 2015)
• Masas exactas de los elementos y abundancias isotópicas , Servicios de instrumentación científica
• Herramientas para calcular la distribución isotópica de baja y alta precisión (archivado en 2011)