Изотопы углерода - Isotopes of carbon

Основные изотопы углерода   ( 6 C)
Изотоп Разлагаться
избыток период полураспада ( т 1/2 ) Режим продукт
11 С син 20 мин. β + 11 млрд
12 С 98,9% стабильный
13 С 1,1% стабильный
14 С 1 п.п. 5730 г β - 14 с.ш.
Стандартный атомный вес A r, стандартный (C) [12.009612.0116 ] условный: 12,011

Углерод ( 6 C) имеет 15 известных изотопов , от 8 C до 22 C, из которых 12 C и 13 C являются стабильными . Самый долгоживущий радиоизотоп - 14 C , с периодом полураспада 5730 лет. Это также единственный радиоизотоп углерода, встречающийся в природе - следовые количества образуются космогенно в результате реакции 14 N + 1 n → 14 C + 1 H. Самый стабильный искусственный радиоизотоп - 11 C, 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 - 8 C с периодом полураспада 2,0 x 10 −21  с.

Список изотопов

Нуклид
Z N Изотопная масса ( Да )
Период полураспада

[ ширина резонанса ]

Режим распада

Дочерний
изотоп

Спин и
паритет
Естественное изобилие (мольная доля)
Нормальная пропорция Диапазон вариации
8 С 6 2 8,037643 (20) 3,5 (1,4) × 10 −21 с
[230 (50) кэВ]
2p 6
Быть
0+
9 С 6 3 9.0310372 (23) 126,5 (9) мс β + , p (61,6%) 8
Быть
(3/2-)
β + , α (38,4%) 5
Ли
10 С 6 4 10.01685322 (8) 19.3009 (17) с β + 10
B
0+
11 С 6 5 11.01143260 (6) 20,364 (14) мин β + (99,79%) 11
B
3 / 2-
ЭК (0,21%) 11
B
12 С 6 6 12 ровно Стабильный 0+ 0,9893 (8) 0,98853–0,99037
13 С 6 7 13.00335483521 (23) Стабильный 1 / 2- 0,0107 (8) 0,00963–0,01147
14 С 6 8 14.003241988 (4) 5730 лет β - 14
N
0+ След <10 -12
15 С 6 9 15.0105993 (9) 2.449 (5) с β - 15
N
1/2 +
16 С 6 10 16.014701 (4) 0,747 (8) с β - , n (97,9%) 15
N
0+
β - (2,1%) 16
N
17 С 6 11 17.022579 (19) 193 (5) мс β - (71,6%) 17
N
(3/2 +)
β - , n (28,4%) 16
N
18 С 6 12 18.02675 (3) 92 (2) мс β - (68,5%) 18
N
0+
β - , n (31,5%) 17
N
19 С 6 13 19.03480 (11) 46,2 (23) мс β - , n (47,0%) 18
N
(1/2 +)
β - (46,0%) 19
N
β - , 2n (7%) 17
N
20 С 6 14 20.04026 (25) 16 (3) мс
[14 (+ 6-5) мс]
β - , n (70%) 19
N
0+
β - (30%) 20
N
21 С 6 15 21.04900 (64) # <30 нс п 20
C
(1/2 +) #
22 С 6 16 22,05755 (25) 6,2 (13) мс
[6,1 (+ 14–12) мс]
β - 22
N
0+

Углерод-11

Углерод-11 или 11 С представляет собой радиоактивный изотоп углерода , который распадается на бор-11 . Этот распад в основном происходит из-за испускания позитронов , причем около 0,19–0,23% распадов происходит в результате захвата электронов . Его период полураспада составляет 20,364 минуты.

11
C
11
B
+
е+
+
ν
е
+ 0,96  МэВ
11
C
+
е-
11
B
+
ν
е
+ 1,98  МэВ

Его получают из азота в циклотроне по реакции

14
N
+
п
11
C
+ 4
Он

Углерод-11 обычно используется в качестве радиоизотопа для радиоактивной маркировки молекул в позитронно-эмиссионной томографии . Среди многих молекул, используемых в этом контексте, есть радиолиганды [11
C
] DASB
и [11
C
] Цимби-5
.

Природные изотопы

Существует три встречающихся в природе изотопа углерода: 12, 13 и 14. 12 C и 13 C стабильны, их естественная пропорция составляет приблизительно 93: 1 . 14 C производится тепловыми нейтронами космического излучения в верхних слоях атмосферы и переносится на Землю для поглощения живым биологическим материалом. Изотопно 14 C составляет незначительную часть; но, поскольку он радиоактивен с периодом полураспада 5700 лет, его можно обнаружить радиометрически. Поскольку мертвая ткань не поглощает 14 C, определение количества 14 C является одним из методов, используемых в области археологии для радиометрического датирования биологического материала.

Палеоклимат

12 С и 13 С измеряются как отношение изотопов & delta 13 С в придонном фораминифере и используются в качестве прокси для круговорота питательных веществ и температура зависимого воздушно-морского обмена CO 2 (вентиляция) ( Lynch-Штиглица и др., 1995). Растениям легче использовать более легкие изотопы ( 12 C), когда они превращают солнечный свет и углекислый газ в пищу. Так, например, большие цветы планктона (свободно плавающие организмы) поглощают большое количество 12 ° C из океанов. Первоначально 12 C 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 , он тонет и уносит 12 ° C с поверхности, оставляя поверхностные слои относительно богатыми на 13 ° C. Там, где холодные воды поднимаются с глубины (например, в Северной Атлантике), вода уносит с собой 12 ° C обратно. Итак, когда океан был менее стратифицированным, чем сегодня, в скелетах видов, обитающих на поверхности , было намного больше 12 C. Другие индикаторы климата прошлого включают присутствие тропических видов, колец кораллов и т. Д.

Отслеживание источников пищи и диет

Количества различных изотопов можно измерить масс-спектрометрией и сравнить со стандартом ; результат (например, дельта 13 C = δ 13 C) выражается в частях на тысячу (‰):

Стабильные изотопы углерода в диоксиде углерода по-разному используются растениями во время фотосинтеза . Травы в умеренном климате ( ячмень , рис , пшеница , рожь и овес , а также подсолнечник , картофель , помидоры , арахис , хлопок , сахарная свекла и большинство деревьев и их орехи / фрукты, розы и мятлик Кентукки ) проходят фотосинтетический путь C3 , который дают значения δ 13 C, составляющие в среднем около -26,5. Травы в жарком засушливом климате ( в частности, кукуруза , а также просо , сорго , сахарный тростник и крабовник ) проходят фотосинтетический путь C4, который дает значения δ 13 C в среднем около -12,5 ‰.

Отсюда следует, что употребление в пищу этих различных растений повлияет на значения δ 13 C в тканях тела потребителя. Если животное (или человек) ест только растения C3, их значения δ 13 C будут составлять от -18,5 до -22,0 в их костном коллагене и -14,5 ‰ в гидроксилапатите их зубов и костей.

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

В реальных тематических исследованиях людей, поедающих просо и кукурузу, 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).

Смотрите также

использованная литература