Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( май 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Стандартный атомный вес A r, стандартный (C) |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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 - 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 - 8 C с периодом полураспада 2,0 x 10 −21 с.
Список изотопов [ править ]
Нуклид [2] | Z | N | Изотопная масса ( Да ) [3] [n 1] | Период полураспада [ ширина резонанса ] | Режим распада [n 2] | Дочерний изотоп [n 3] | Спин и четность [n 4] [n 5] | 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 [n 6] | 0+ | ||
9 С | 6 | 3 | 9.0310372 (23) | 126,5 (9) мс | β + , p (61,6%) | 8 Быть [n 7] | (3/2-) | ||
β + , α (38,4%) | 5 Ли [n 8] | ||||||||
10 С | 6 | 4 | 10.01685322 (8) | 19.3009 (17) с | β + | 10 B | 0+ | ||
11 C [n 9] | 6 | 5 | 11.01143260 (6) | 20,364 (14) мин | β + (99,79%) | 11 B | 3 / 2- | ||
ЭК (0,21%) [4] [5] | 11 B | ||||||||
12 С | 6 | 6 | Ровно 12 [n 10] | Стабильный | 0+ | 0,9893 (8) | 0,98853–0,99037 | ||
13 C [n 11] | 6 | 7 | 13.00335483521 (23) | Стабильный | 1 / 2- | 0,0107 (8) | 0,00963–0,01147 | ||
14 C [n 12] | 6 | 8 | 14.003241988 (4) | 5730 лет | β - | 14 N | 0+ | След [n 13] | <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 C [n 14] | 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 C [n 15] | 6 | 16 | 22,05755 (25) | 6,2 (13) мс [6,1 (+ 14–12) мс] | β - | 22 N | 0+ |
- ^ () - Неопределенность (1 σ ) дана в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
- ^
Режимы распада:
EC: Электронный захват n: Эмиссия нейтронов п: Испускание протонов - ^ Дочерний символ жирным шрифтом - Дочерний продукт стабилен.
- ^ () значение спина - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
- ^ # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
- ^ Впоследствии распадается путем двойного испускания протонов до 4 He для чистой реакции 8 C → 4 He + 4 1 H
- ^ Немедленно распадается на дваатома 4 He, в результате чего возникает чистая реакция 9 C → 2 4 He + 1 H + e +
- ^ Немедленно распадается с испусканием протона до 4 He для чистой реакции 9 C → 2 4 He + 1 H + e +
- ^ Используется для маркировки молекул при сканировании ПЭТ
- ^ Унифицированная атомная единица массы определяется как 1/12 массы несвязанного атома углерода-12 в основном состоянии
- ^ Отношение 12 C к 13 C использовалось для измерения биологической продуктивности в древние времена и различных типов фотосинтеза.
- ^ Имеет важное применение в радиодатировании (см. Датирование по углероду )
- ^ В первую очередь космогенный , образуется нейтронами, поражающими атомы 14 N ( 14 N + 1 n → 14 C + 1 H)
- ^ Имеет 1нейтрон гало
- ^ Имеет 2 нейтрона гало
Углерод-11 [ править ]
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 . [4] [5] Его период полураспада составляет 20,364 минуты.
- 11
C
→ 11B + е+ + νе + 0,96 МэВ - 11
C
+ е- → 11B +
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 радиоактивного изотопа для радиоактивной маркировки молекул в позитронно-эмиссионной томографии . Среди многих молекул, используемых в этом контексте, есть радиолиганды [11C] DASB и [11C] Цимби-5 .
Природные изотопы [ править ]
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 [ править ]
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 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 , он опускается и забирает 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. Таким образом, когда океан был меньше расслаивается , чем сегодня, было намного больше 12C в скелетах наземных видов. Другие индикаторы климата в прошлом включают присутствие тропических видов, колец кораллов и т. Д. [6]
Отслеживание источников питания и диет [ править ]
Количества различных изотопов можно измерить масс-спектрометрией и сравнить со стандартом ; результат (например, дельта 13 C = δ 13 C) выражается в частях на тысячу (‰): [7]
- ‰
Стабильные изотопы углерода в диоксиде углерода по-разному используются растениями во время фотосинтеза . [ необходима цитата ] 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 ) следуют C3 фотосинтетический путьчто даст значения δ 13 C в среднем около -26,5 ‰. [ необходима цитата ] Травы в жарком засушливом климате ( в частности, кукуруза , а также просо , сорго , сахарный тростник и крабовое трава ) следуют фотосинтетическому пути C4, который дает значения δ 13 C в среднем около -12,5 ‰. [8]
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 hydro в гидроксилапатите их зубов и костей. [9]
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). [10]
См. Также [ править ]
- Радиоуглеродное датирование
- Космогенные изотопы
- Изотопы окружающей среды
- Изотопная подпись
Ссылки [ править ]
- ^ Meija, Juris; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. DOI : 10,1515 / пак-2015-0305 .
- ^ Период полураспада, мода распада, ядерный спин и изотопный состав взяты из: Audi, G .; Кондев Ф.Г .; Wang, M .; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 .
- ^ Ван, М .; Audi, G .; Кондев Ф.Г .; Хуанг, WJ; Naimi, S .; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030003-1–030003-442. DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030003 .
- ^ a b Скоби, Дж .; Льюис, GM (1 сентября 1957 г.). «К-захват в углероде 11». Философский журнал . 2 (21): 1089–1099. Bibcode : 1957PMag .... 2.1089S . DOI : 10.1080 / 14786435708242737 .
- ^ а б Кэмпбелл, JL; Leiper, W .; Ledingham, KWD; Древер, RWP (1967-04-11). «Отношение K-захвата к испусканию позитронов при распаде 11 C». Ядерная физика . 96 (2): 279–287. Bibcode : 1967NuPhA..96..279C . DOI : 10.1016 / 0375-9474 (67) 90712-9 .
- ^ Тим Флэннери Создатели погоды: история и будущее изменения климата , The Text Publishing Company, Мельбурн, Австралия. ISBN 1-920885-84-6
- ^ Миллер, Чарльз Б .; Уилер, Патрисия (2012). Биологическая океанография (2-е изд.). Чичестер, Западный Суссекс: John Wiley & Sons, Ltd. стр. 186. ISBN. 9781444333022. OCLC 794619582 .
- ^ https://www.ldeo.columbia.edu/~polissar/OrgGeochem/oleary-1988-carbon-isotopes.pdf
- ^ Tycot, RH (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 .
- ^ Хеджес Ричард (2006). "Откуда у нас протеин?" . Британский журнал питания . 95 (6): 1031–2. DOI : 10.1079 / bjn20061782 . PMID 16768822 .