专栏名称: 元素和同位素地球化学

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同位素分馏理论的基石：Urey方程与Bigeleisen-Mayer公式的本质区别

元素和同位素地球化学 · 公众号 · · 2025-03-04 12:43

正文

引言：同位素分馏理论的核心模型——Urey方程与Bigeleisen-Mayer公式，虽同源于20世纪中叶的量子化学革命，却在理论框架与应用边界上存在本质差异。1947年，诺贝尔奖得主Harold Urey基于经典热力学与简谐振子假设，提出以单一振动频率差异估算同位素平衡分馏系数（如碳酸盐-水体系的氧同位素温度计），其数学简洁性使其迅速成为地球化学领域的基石工具。同年，Jacob Bigeleisen与Maria Mayer从量子统计力学出发，通过配分函数全面纳入多振动模式、转动自由度及量子隧穿校正，构建了普适性更强的分馏系数计算公式。这一模型不仅突破温度限制（尤其擅长低温体系如星际分子云），更首次量化同位素置换能对分馏的贡献，成为现代计算化学与行星大气研究的理论支柱。