Изотопы углерода - Isotopes of carbon

«Карбон-15» перенаправляется сюда. Об огнестрельном оружии см. Углерод 15.

Основные изотопы углерод  (₆C)

Изотоп Разлагаться изобилие период полураспада (т1/2) Режим продукт ^11C син 20 мин β^+ ^11B ^12C 98.9% стабильный ^13C 1.1% стабильный ^14C 1 ppt 5730 г β^− ^14N
Стандартный атомный вес Аr, стандарт(С)	[12.0096, 12.0116][1] Обычный: 12.011
Посмотреть разговаривать редактировать

Углерод (₆C) имеет 15 известных изотопы, из ⁸C к ²²C, из которых ¹²C и ¹³C находятся стабильный. Самый долгоживущий радиоизотоп - это ¹⁴C, с период полураспада 5730 лет. Это также единственный радиоизотоп углерода, встречающийся в природе - образуются следовые количества космогенно по реакции ¹⁴N + ¹п → ¹⁴C + ¹H. Самый стабильный искусственный радиоизотоп - это ¹¹C, период полураспада которого составляет 20,364 минуты. Все другие радиоизотопы имеют период полураспада менее 20 секунд, в большинстве случаев менее 200 миллисекунд. Наименее стабильный изотоп ⁸C с периодом полураспада 2,0 x 10⁻²¹ с.

Список изотопов

Нуклид[2]	Z	N	Изотопная масса (Да )[3] [n 1]	Период полураспада [ширина резонанса ]	Разлагаться Режим [n 2]	Дочь изотоп [n 3]	Вращение и паритет [n 4][n 5]	Природное изобилие (мольная доля)
								Нормальная пропорция	Диапазон вариации
^8C	6	2	8.037643(20)	3.5(1.4) × 10^−21 s [230 (50) кэВ]	2p	^6 Быть [n 6]	0+
^9C	6	3	9.0310372(23)	126,5 (9) мс	β^+, п (61,6%)	^8 Быть [n 7]	(3/2−)
					β^+, α (38.4%)	^5 Ли [n 8]
^10C	6	4	10.01685322(8)	19.3009 (17) с	β^+	^10 B	0+
^11C[n 9]	6	5	11.01143260(6)	20,364 (14) мин	β^+ (99.79%)	^11 B	3/2−
					EC (0.21%)[4][5]	^11 B
^12C	6	6	12 ровно[n 10]	Стабильный			0+	0.9893(8)	0.98853–0.99037
^13C[n 11]	6	7	13.00335483521(23)	Стабильный			1/2−	0.0107(8)	0.00963–0.01147
^14C[n 12]	6	8	14.003241988(4)	5730 лет	β^−	^14 N	0+	След[n 13]	<10^−12
^15C	6	9	15.0105993(9)	2.449 (5) с	β^−	^15 N	1/2+
^16C	6	10	16.014701(4)	0,747 (8) с	β^−, п (97.9%)	^15 N	0+
					β^− (2.1%)	^16 N
^17C	6	11	17.022579(19)	193 (5) мс	β^− (71.6%)	^17 N	(3/2+)
					β^−, п (28,4%)	^16 N
^18C	6	12	18.02675(3)	92 (2) мс	β^− (68.5%)	^18 N	0+
					β^−, п (31,5%)	^17 N
^19C[n 14]	6	13	19.03480(11)	46,2 (23) мс	β^−, п (47,0%)	^18 N	(1/2+)
					β^− (46.0%)	^19 N
					β^−, 2н (7%)	^17 N
^20C	6	14	20.04026(25)	16 (3) мс [14 (+ 6-5) мс]	β^−, п (70%)	^19 N	0+
					β^− (30%)	^20 N
^21C	6	15	21.04900(64)#	<30 нс	п	^20 C	(1/2+)#
^22C[n 15]	6	16	22.05755(25)	6,2 (13) мс [6,1 (+ 14-12) мс]	β^−	^22 N	0+

1. () - Неопределенность (1σ) дается в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
2. Режимы распада:

   EC:	Электронный захват
   n:	Эмиссия нейтронов
   п:	Испускание протонов

3. Жирный символ как дочка - Дочерний продукт стабильный.
4. () значение вращения - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
5. # - Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN ).
6. Впоследствии распадается путем двойного испускания протона до ⁴Он для чистой реакции ⁸C → ⁴Он + 4¹ЧАС
7. Сразу распадается на два ⁴Он атомов для чистой реакции ⁹С → 2⁴Он + ¹ЧАС + е⁺
8. Немедленно распадается испусканием протона на ⁴Он для чистой реакции ⁹С → 2⁴Он + ¹ЧАС + е⁺
9. Используется для маркировки молекул в ПЭТ сканирование
10. В единая атомная единица массы определяется как 1/12 массы несвязанного атома углерода-12 в основном состоянии
11. Соотношение ¹²C к ¹³C использовались для измерения биологической продуктивности в древние времена и различных типов фотосинтез
12. Имеет важное применение в сияющий (видеть углеродное датирование )
13. В первую очередь космогенный, произведено нейтроны поражающие атомы ¹⁴N (¹⁴N + ¹п → ¹⁴C + ¹ЧАС)
14. Имеет 1 гало нейтрон
15. Имеет 2 нейтрона гало

Углерод-11

Углерод-11 или же ¹¹C радиоактивный изотоп углерод что распадается на бор-11. Этот распад в основном происходит из-за позитронное излучение, причем около 0,19–0,23% распадов вместо этого происходят захват электронов.^[4][5] Оно имеет период полураспада 20,364 минут.

¹¹
C
→ ¹¹
B
+
е⁺
+
ν
_е + 0.96 МэВ

¹¹
C
+
е⁻
→ ¹¹
B
+
ν
_е + 1.98 МэВ

Производится из азота в циклотрон по реакции

¹⁴
N
+
п
→ ¹¹
C
+ ⁴
Он

Углерод-11 обычно используется в качестве радиоизотоп для радиоактивного мечения молекул в позитронно-эмиссионная томография. Среди многих молекул, используемых в этом контексте, есть радиолиганды [¹¹
C
] DASB и [¹¹
C
] Цимби-5.

Природные изотопы

Основные статьи: Углерод-12, Углерод-13, и Углерод-14

Есть три встречающихся в природе изотопы углерода: 12, 13 и 14. ¹²C и ¹³C стабильны, встречаются в естественная пропорция примерно 93: 1. ¹⁴C производится тепловыми нейтронами космического излучения в верхних слоях атмосферы и переносится на Землю для поглощения живым биологическим материалом. Изотопно, ¹⁴C составляет незначительную часть; но, поскольку он радиоактивен с периодом полураспада 5700 лет, его можно обнаружить радиометрически. Поскольку мертвая ткань не впитывает ¹⁴C, количество ¹⁴C - один из методов, используемых в области археологии для радиометрическое датирование биологического материала.

Палеоклимат

¹²C и ¹³C измеряются как соотношение изотопов δ¹³C в бентосный фораминиферы и используется как доверенное лицо за круговорот питательных веществ и температурно-зависимый обмен CO₂ (вентиляция) (Lynch-Stieglitz et al., 1995). Растениям легче использовать более легкие изотопы (¹²В) когда они превращают солнечный свет и углекислый газ в пищу. Так, например, крупные цветы планктон (свободно плавающие организмы) поглощают большое количество ¹²C из океанов. Первоначально ¹²C в основном попадал в морскую воду из атмосферы. Если океаны, в которых обитает планктон, стратифицированы (это означает, что есть слои теплой воды ближе к верху, а более холодная вода глубже), то поверхностные воды не очень сильно смешиваются с более глубокими водами, так что, когда планктон умирает , тонет и уносит ¹²C от поверхности, оставляя поверхностные слои относительно богатыми ¹³C. Там, где холодная вода поднимается с глубины (например, в Северной Атлантике), вода переносит ¹²C вернитесь с этим. Итак, когда океан был менее стратифицированным, чем сегодня, было гораздо больше ¹²C в скелетах наземных видов. Другие индикаторы климата прошлого включают присутствие тропических видов, колец кораллов и т. Д.^[6]

Отслеживание источников пищи и диет

Количество различных изотопов можно измерить с помощью масс-спектрометрии и по сравнению с стандарт; результат (например, дельта ¹³C = δ¹³C) выражается в частях на тысячу (‰):^[7]

${\displaystyle \delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{sample}}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{standard}}}}-1\right)\times 1000}$ ‰

Стабильные изотопы углерода в углекислый газ по-разному используются растениями во время фотосинтез.^{[нужна цитата ]} Травы в умеренный климат (ячмень, рис, пшеница, рожь и овес, плюс подсолнечник, картофель, помидоры, арахис, хлопок, сахарная свекла, и большинство деревьев и их орехов / фруктов, розы и Кентукки блюграсс ) следовать C3 фотосинтетический путь что даст δ¹³Значения C в среднем около -26,5 ‰.^{[нужна цитата ]} Травы в горячем засушливый климат (кукуруза в частности, но также просо, сорго, сахарный тростник и крабовая трава ) следовать C4 фотосинтетический путь что дает δ¹³Значения C в среднем около -12,5 ‰.^[8]

Отсюда следует, что употребление в пищу этих разных растений повлияет на δ¹³Значения C в тканях тела потребителя. Если животное (или человек) ест только растения C3, их δ¹³Значения C будут от -18,5 до -22,0 ‰ в их кости. коллаген и −14,5 ‰ в гидроксилапатит их зубов и костей.^[9]

Напротив, питатели C4 будут иметь костный коллаген со значением -7,5 и значением гидроксилапатита -0,5.

В реальных исследованиях людей, поедающих просо и кукурузу, можно легко отличить от потребителей риса и пшеницы. Изучение того, как эти диетические предпочтения распределяются географически во времени, может пролить свет на пути миграции людей и пути распространения различных сельскохозяйственных культур. Однако группы людей часто смешивали растения C3 и C4 (северные китайцы исторически питались пшеницей и просом) или смешивали группы растений и животных вместе (например, юго-восточные китайцы питались рисом и рыбой).^[10]

Смотрите также

• Радиоуглеродное датирование
• Космогенные изотопы
• Изотопы окружающей среды
• Изотопная подпись

Рекомендации

1. Мейя, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия. 88 (3): 265–91. Дои:10.1515 / pac-2015-0305.
2. Период полураспада, мода распада, ядерный спин и изотопный состав происходят из:
   Audi, G .; Кондев, Ф. Г .; Wang, M .; Huang, W. J .; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ЧФК..41с0001А. Дои:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
3. Wang, M .; Audi, G .; Кондев, Ф. Г .; Huang, W. J .; Naimi, S .; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030003-1–030003-442. Дои:10.1088/1674-1137/41/3/030003.
4. Scobie, J .; Льюис, Г. М. (1 сентября 1957 г.). «К-захват в углероде 11». Философский журнал. 2 (21): 1089–1099. Bibcode:1957ПМаг .... 2.1089С. Дои:10.1080/14786435708242737.
5. Кэмпбелл, Дж. Л .; Leiper, W .; Ledingham, K. W. D .; Древер, Р. У. П. (1967-04-11). "Отношение K-захвата к испусканию позитронов при распаде ¹¹C ". Ядерная физика A. 96 (2): 279–287. Bibcode:1967НуФА..96..279С. Дои:10.1016/0375-9474(67)90712-9.
6. Тим Флэннери Создатели погоды: история и будущее изменения климата, The Text Publishing Company, Мельбурн, Австралия. ISBN  1-920885-84-6
7. Миллер, Чарльз Б .; Уилер, Патрисия (2012). Биологическая океанография (2-е изд.). Чичестер, Западный Суссекс: John Wiley & Sons, Ltd. стр. 186. ISBN  9781444333022. OCLC  794619582.
8. https://www.ldeo.columbia.edu/~polissar/OrgGeochem/oleary-1988-carbon-isotopes.pdf
9. Тайкот, Р. Х. (2004). М. Мартини; М. Милаццо; М. Пьячентини (ред.). «Стабильные изотопы и диета: вы то, что вы едите» (PDF). Труды Международной школы физики "Энрико Ферми" Курс CLIV.
10. Хеджес Ричард (2006). "Откуда у нас белок?". Британский журнал питания. 95 (6): 1031–2. Дои:10.1079 / bjn20061782. PMID  16768822.