Fraccionamiento isotópico, enriquecimiento de un isótopo respecto a otro en un proceso químico o físico. Dos isótopos de un elemento son diferentes en peso pero no en las propiedades químicas brutas, que están determinadas por el número de electrones. Sin embargo, la diferencia de masa de los isótopos tiene efectos químicos sutiles. Los isótopos de un elemento pueden tener constantes de equilibrio ligeramente diferentes para una reacción química concreta, de modo que se obtienen cantidades ligeramente diferentes de productos de reacción a partir de reactivos que contienen isótopos diferentes. Esto da lugar a un fraccionamiento isotópico, cuyo alcance puede expresarse mediante un factor de fraccionamiento, alfa (α), también conocido como factor de separación o factor de enriquecimiento. Este factor es la relación de las concentraciones de los dos isótopos en un compuesto dividida por la relación en el otro compuesto. Si Nl y Nh representan las abundancias relativas de los isótopos ligeros y pesados, respectivamente, en el compuesto original y si nl y nh son las abundancias correspondientes en el nuevo compuesto, entonces α = (Nl/Nh)/(nl/nh). El factor de fraccionamiento es el factor por el cual la relación de abundancia de dos isótopos cambiará durante una reacción química o un proceso físico.
La precipitación del carbonato de calcio a partir del agua es un ejemplo de proceso de fraccionamiento en equilibrio. Durante esta precipitación, el oxígeno-18 se enriquece en un factor de 2,5 por ciento con respecto al isótopo más ligero y común, el oxígeno-16; el factor de fraccionamiento depende de la temperatura y, en consecuencia, puede utilizarse como medio para determinar la temperatura del agua en la que se produce la precipitación. Esta es la base del llamado geotermómetro de isótopos de oxígeno.
Durante el proceso de fotosíntesis, el carbono-12, el isótopo más común del carbono, se enriquece aún más en relación con el isótopo más pesado, el carbono-13; la celulosa y la lignina de la madera de los árboles se enriquecen en un factor de aproximadamente 2,5 por ciento durante este proceso. El fraccionamiento en este caso no es un proceso de equilibrio sino más bien un efecto cinético: el isótopo más ligero avanza más rápido a través del proceso fotosintético y, en consecuencia, se enriquece.
Los procesos físicos, como la evaporación y la condensación y la difusión térmica, también pueden dar lugar a un fraccionamiento significativo. Por ejemplo, el oxígeno-16 se enriquece en relación con los isótopos de oxígeno más pesados en el agua que se evapora del mar. Por otra parte, cualquier precipitado se enriquece en el isótopo pesado, lo que da lugar a una mayor concentración de oxígeno-16 en el vapor de agua atmosférico. Dado que los procesos de evaporación y condensación tienden a producirse en las regiones ecuatoriales y polares, respectivamente, la nieve de las regiones polares se ve mermada en oxígeno-18 en aproximadamente un 5 por ciento ahora en comparación con el océano circundante. Como la proporción de isótopos de oxígeno en los precipitados es sensible a los pequeños cambios de temperatura en el momento de la deposición, las mediciones de los núcleos de hielo polar son útiles para estudiar el cambio climático.
El isótopo fisible uranio-235 se ha separado del isótopo no fisible, más abundante, uranio-238, aprovechando la ligera diferencia en las velocidades a las que los hexafluoruros gaseosos de los dos isótopos pasan a través de una barrera porosa.