Изотопы углерода

«Углерод-15» перенаправляется сюда. Информацию об огнестрельном оружии см. в Carbon 15 .

Изотопы углерода ​  ( ₆ С)

Основные изотопы Разлагаться abun­dance период полураспада ( т 1/2 ) режим pro­duct 11 С синтезатор 20.34 мин. б + 11 Б 12 С 98.9% стабильный 13 С 1.06% стабильный 14 С 1 п.п. ( 1 ⁄ 10 12 ) 5.70 × 10 3 и б − 14 Н
Стандартный атомный вес А р °(С)
	[ 12.0096 ,  12.0116 ] 12,011 ± 0,002 ( сокращенно )

Углерод ( ₆ C) имеет 14 известных изотопов , от ⁸
С
к ²⁰
С
а также ²²
С
, из них ¹²
С
и ¹³
С
стабильны ​ . Самый долгоживущий радиоизотоп – ¹⁴
С
, с периодом 5,70 полураспада (3) × 10 ³ годы. Это также единственный радиоизотоп углерода, обнаруженный в природе, поскольку следовые количества образуются космогенно в результате реакции ¹⁴
Н
+
н
→ ¹⁴
С
+ ¹
ЧАС
. Наиболее стабильным искусственным радиоизотопом является ¹¹
С
, период полураспада которого составляет 20,3402(53) мин . Все остальные радиоизотопы имеют период полураспада менее 20 секунд, большинство из них - менее 200 миллисекунд. Наименее стабильным изотопом является ⁸
С
, с периодом полураспада 3,5(1,4) × 10 ⁻²¹ с . Легкие изотопы имеют тенденцию распадаться на изотопы бора , а тяжелые – на изотопы азота .

Список изотопов

Нуклид	С	Н	Изотопная масса ( Да )	Период полураспада [ ширина резонанса ]	Разлагаться режим	Дочь изотоп	Спин и паритет	Природное изобилие (молярная доля)
								Нормальная пропорция	Диапазон вариаций
8 С	6	2	8.037 643 (20)	3,5(1,4) зс [ 230(50) кэВ ]	2р	6 Быть	0+
9 С	6	3	9.031 0372 (23)	126,5(9) мс	б + ( 54.1(1.7)% )	9 Б	3/2−
					б + а ( 38,4(1,6)% )	5 Что
					б + р ( 7,5(6)% )	8 Быть
10 С	6	4	10.016 853 22 (8)	19,3011(15) с	б +	10 Б	0+
11 С	6	5	11.011 432 60 (6)	20,3402(53) мин.	б +	11 Б	3/2−
11 м С	12 160 (40) кэВ				п ?	10 Б  ?	1/2+
12 С	6	6	12 ровно	Стабильный			0+	[ 0.9884 , 0.9904 ]
13 С	6	7	13.003 354 835 336 (252)	Стабильный			1/2−	[ 0.0096 , 0.0116 ]
14 С	6	8	14.003 241 989 (4)	5.70(3) × 10 3 и	б −	14 Н	0+	След	< 10 −12
14 м С	22 100 (100) кэВ				ЭТО	14 С	(2−)
15 С	6	9	15.010 5993 (9)	2,449(5) с	б −	15 Н	1/2+
16 С	6	10	16.014 701 (4)	750(6) мс	б − п ( 99,0(3)% )	15 Н	0+
					б − ( 1.0(3)% )	16 Н
17 С	6	11	17.022 579 (19)	193(6) мс	б − ( 71.6(1.3)% )	17 Н	3/2+
					б − п ( 28,4(1,3)% )	16 Н
					б − 2н?	15 Н  ?
18 С	6	12	18.026 75 (3)	92(2) мс	б − ( 68.5(1.5)% )	18 Н	0+
					б − п ( 31,5(1,5)% )	17 Н
					б − 2н?	16 Н  ?
19 С	6	13	19.034 80 (11)	46,2(2,3) мс	б − п ( 47(3)% )	18 Н	1/2+
					б − ( 46.0(4.2)% )	19 Н
					б − 2n ( 7(3)% )	17 Н
20 С	6	14	20.040 26 (25)	16(3) мс	б − п ( 70(11)% )	19 Н	0+
					б − 2н (< 18,6% )	18 Н
					б − (> 11,4% )	20 Н
22 С	6	16	22.057 55 (25)	6,2(1,3) мс	б − п ( 61(14)% )	21 Н	0+
					б − 2н (< 37% )	20 Н
					б − (> 2% )	22 Н
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы:

Углерод-11

Углерод-11 или ¹¹
С
— радиоактивный изотоп углерода , распадающийся до бора-11 . Этот распад в основном происходит из-за эмиссии позитронов , причем около 0,19–0,23% распадов происходит в результате захвата электронов . Период полураспада составляет 20,3402(53) мин .

¹¹
С
→ ¹¹
Б
+
и ⁺
+
н
_и + 0,96 МэВ

¹¹
С
+
и ⁻
→ ¹¹
Б
+
н
_и + 1,98 МэВ

Его получают из азота в циклотроне по реакции

¹⁴
Н
+
п
→ ¹¹
С
+ 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
С
]DASB и [ ¹¹
С
]Цимби-5 .

Природные изотопы

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

В природе существует три изотопа углерода: 12, 13 и 14. ¹²
С
и ¹³
С
стабильны и встречаются в естественной пропорции примерно 93:1 . ¹⁴
С
производится тепловыми нейтронами космического излучения в верхних слоях атмосферы и переносится на Землю для поглощения живым биологическим материалом. Изотопно, ¹⁴
С
составляет незначительную часть; но, поскольку он радиоактивен с периодом полураспада 5,70(3) × 10 ³ лет, его можно обнаружить радиометрически. Поскольку мертвые ткани не поглощают ¹⁴
С
, количество ¹⁴
С
— один из методов, используемых в археологии для радиометрического датирования биологического материала.

Палеоклимат

¹²
С
и ¹³
С
измеряются как соотношение изотопов δ ¹³ C у бентосных фораминифер и используется в качестве показателя круговорота питательных веществ и температурно-зависимого обмена CO ₂ между воздухом и морем (вентиляция). Растениям легче использовать более легкие изотопы ( ¹²
С
), когда они преобразуют солнечный свет и углекислый газ в пищу. Например, крупные скопления планктона (свободно плавающие организмы) поглощают большое количество ¹²
С
из океанов. Первоначально, ¹²
С
в основном попадал в морскую воду из атмосферы. Если океаны, в которых обитает планктон, стратифицированы (это означает, что вверху есть слои теплой воды, а глубже - более холодные), то поверхностная вода не очень сильно смешивается с более глубокими водами, поэтому, когда планктон умирает , оно тонет и уносит ¹²
С
с поверхности, оставляя поверхностные слои относительно богатыми ¹³
С
. Там, где холодные воды поднимаются из глубин (например, в Северной Атлантике ), вода несет ¹²
С
поддержите это; Когда океан был менее стратифицирован, чем сегодня, его было гораздо больше ¹²
С
в скелетах поверхностно обитающих видов. Другие индикаторы климата прошлого включают наличие тропических видов и колец роста кораллов.

Отслеживание источников пищи и рациона питания

Количества различных изотопов можно измерить с помощью масс-спектрометрии и сравнить со стандартом ; результат (например, дельта ¹³
С
= д ¹³
С
) выражается в частях на тысячу (‰) отклонения от отношения стандарта:

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

Обычным стандартом является Peedee Belemnite , сокращенно «PDB», ископаемый белемнит . Из-за нехватки исходного образца PDB сегодня обычно используется искусственная «виртуальная PDB» или «VPDB».

Стабильные изотопы углерода в углекислом газе по-разному используются растениями в процессе фотосинтеза . Травы в умеренном климате ( ячмень , рис , пшеница , рожь и овес , а также подсолнечник , картофель , помидоры , арахис , хлопок , сахарная свекла , большинство деревьев и их орехи или плоды, розы и мятлик Кентукки ) следуют фотосинтетическому пути C3. что даст δ ¹³ Значения C в среднем составляют около -26,5 ‰. Травы в жарком засушливом климате ( кукуруза в частности, , а также просо , сорго , сахарный тростник и крабовая трава ) следуют фотосинтетическому пути C4 , который производит δ ¹³ Значения C в среднем составляют около -12,5 ‰.

Отсюда следует, что употребление в пищу этих разных растений повлияет на δ. ¹³ Значения C в тканях тела потребителя. Если животное (или человек) питается только растениями С3, их δ ¹³ Значения C будут составлять от -18,5 до -22,0 ‰ в костном коллагене и -14,5 ‰ в гидроксилапатите зубов и костей.

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

В реальных тематических исследованиях тех, кто ест просо и кукурузу, можно легко отличить от тех, кто ест рис и пшеницу. 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 (например, юго-восточные китайцы питались рисом и рыбой).

См. также

• Космогенные изотопы
• Экологические изотопы
• Изотопная подпись
• Радиоуглеродное датирование