Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Карбон-15» перенаправляется сюда. Об огнестрельном оружии см. Углерод 15 .
Основные изотопы углерода  ( 6 C)
ИзотопРазлагаться
избытокпериод полураспада ( т 1/2 )Режимтовар
11 Ссин20 минβ +11 млрд
12 С98,9%стабильный
13 С1,1%стабильный
14 С1 п.п.5730 гβ -14 с.ш.
Стандартный атомный вес A r, стандартный (C)
  • [12.0096, 12.0116] [1]
  • Обычный: 12.011

Углерод ( 6 C) имеет 15 известных изотопов от 8 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]
ZNИзотопная масса ( Да ) [3] [n 1]
Период полураспада

[ ширина резонанса ]		Режим распада
[n 2]		Дочерний изотоп
[n 3]		Спин и
паритет
[n 4] [n 5]		Естественное изобилие (мольная доля)
Нормальная пропорцияДиапазон вариации
8 С628,037643 (20)3,5 (1,4) × 10 −21 с
[230 (50) кэВ]		2p6
Быть
[n 6]		0+
9 С639.0310372 (23)126,5 (9) мсβ + , p (61,6%)8
Быть
[n 7]		(3/2-)
β + , α (38,4%)5
Ли
[n 8]
10 С6410.01685322 (8)19.3009 (17) сβ +10
B
0+
11 C [n 9]6511.01143260 (6)20,364 (14) минβ + (99,79%)11
B
3 / 2-
ЭК (0,21%) [4] [5]11
B
12 С66Ровно 12 [n 10]Стабильный0+0,9893 (8)0,98853–0,99037
13 C [n 11]6713.00335483521 (23)Стабильный1 / 2-0,0107 (8)0,00963–0,01147
14 C [n 12]6814.003241988 (4)5730 летβ -14
N
0+След [n 13]<10 −12
15 С6915.0105993 (9)2.449 (5) сβ -15
N
1/2 +
16 С61016.014701 (4)0,747 (8) сβ - , n (97,9%)15
N
0+
β - (2,1%)16
N
17 С61117.022579 (19)193 (5) мсβ - (71,6%)17
N
(3/2 +)
β - , n (28,4%)16
N
18 С61218.02675 (3)92 (2) мсβ - (68,5%)18
N
0+
β - , n (31,5%)17
N
19 C [n 14]61319.03480 (11)46,2 (23) мсβ - , n (47,0%)18
N
(1/2 +)
β - (46,0%)19
N
β - , 2n (7%)17
N
20 С61420.04026 (25)16 (3) мс
[14 (+ 6-5) мс]		β - , n (70%)19
N
0+
β - (30%)20
N
21 С61521.04900 (64) #<30 нсп20
C
(1/2 +) #
22 C [n 15]61622,05755 (25)6,2 (13) мс
[6,1 (+ 14–12) мс]		β -22
N
0+
  1. ^ () - Неопределенность (1 σ ) дана в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  2. ^ Режимы распада:
    EC:Электронный захват


    n:Эмиссия нейтронов
    п:Испускание протонов
  3. ^ Дочерний жирный символ - дочерний продукт стабильный.
  4. ^ () значение вращения - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
  5. ^ # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
  6. ^ Впоследствии распадается путем двойного испускания протонов до 4 He для чистой реакции 8 C → 4 He + 4 1 H
  7. ^ Немедленно распадается на дваатома 4 He, в результате чего возникает чистая реакция 9 C → 2 4 He + 1 H + e +
  8. ^ Немедленно распадается с испусканием протона до 4 He для чистой реакции 9 C → 2 4 He + 1 H + e +
  9. ^ Используется для маркировки молекул при сканировании ПЭТ
  10. ^ Унифицированная атомная единица массы определяется как 1/12 массы несвязанного атома углерода-12 в основном состоянии
  11. ^ Отношение 12 C к 13 C использовалось для измерения биологической продуктивности в древние времена и различных типов фотосинтеза.
  12. ^ Имеет важное значение для радиодирования (см. Датирование по углероду )
  13. ^ В первую очередь космогенный , образуется нейтронами, поражающими атомы 14 N ( 14 N + 1 n → 14 C + 1 H)
  14. ^ Имеет 1нейтрон гало
  15. ^ 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 радиоизотопа 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 ]

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

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 образуется 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 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. Таким образом, когда океан был меньше расслаивается , чем сегодня, было намного больше 12C в скелетах наземных видов. Другие индикаторы климата прошлого 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 ‰. [ необходимая 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]

Следовательно, 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. [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]

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  1. ^ Мейджа, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. DOI : 10,1515 / пак-2015-0305 .
  2. ^ 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 .
  3. ^ 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 .
  4. ^ 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 .
  5. ^ 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 .
  6. ^ Тим Фланнери 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. ^ 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 .
  10. ^ Хеджес Ричард (2006). "Откуда у нас белок?" . Британский журнал питания . 95 (6): 1031–2. DOI : 10.1079 / bjn20061782 . PMID 16768822 .