Izotopy uhlíku - Isotopes of carbon

„Carbon-15“ přeadresuje tady. O střelné zbrani viz Uhlík 15.
Hlavní izotopy z uhlík  (6C)
IzotopRozklad
hojnostpoločas rozpadu (t1/2)režimuproduktu
11Csyn20 minβ+11B
12C98.9%stabilní
13C1.1%stabilní
14C1 ppt5730 letβ−14N
Standardní atomová hmotnost Ar, standardní(C)
  • [12.0096, 12.0116][1]
  • Konvenční: 12.011

Uhlík (6C) má 15 známých izotopy, z 8C až 22C, z toho 12C a 13C jsou stabilní. Nejdelší radioizotop je 14C, s poločas rozpadu 5 730 let. Toto je také jediný radioizotop uhlíku, který se v přírodě nachází - tvoří se stopová množství kosmogenicky reakcí 14N + 1n → 14C + 1H. Nejstabilnější umělý radioizotop je 11C, který má poločas 20 364 minut. Všechny ostatní radioizotopy mají poločasy pod 20 sekund, většinou méně než 200 milisekund. Nejméně stabilní izotop je 8C, s poločasem rozpadu 2,0 x 10−21 s.

Seznam izotopů

Nuklid[2]
ZNIzotopová hmota (Da )[3]
[n 1]		Poločas rozpadu

[šířka rezonance ]		Rozklad
režimu
[č. 2]		Dcera
izotop
[č. 3]		Roztočit a
parita
[č. 4][č. 5]		Přirozená hojnost (molární zlomek)
Normální poměrRozsah variací
8C628.037643(20)3.5(1.4) × 10−21 s
[230 (50) keV]		2 s6
Být
[č. 6]		0+
9C639.0310372(23)126,5 (9) msβ+, p (61,6%)8
Být
[č. 7]		(3/2−)
β+, α (38.4%)5
Li
[č. 8]
10C6410.01685322(8)19.3009 (17) sβ+10
B
0+
11C[č. 9]6511.01143260(6)Min. 20,364 (14)β+ (99.79%)11
B
3/2−
ES (0.21%)[4][5]11
B
12C6612 přesně[č. 10]Stabilní0+0.9893(8)0.98853–0.99037
13C[č. 11]6713.00335483521(23)Stabilní1/2−0.0107(8)0.00963–0.01147
14C[č. 12]6814.003241988(4)5 730 letβ−14
N
0+Stopa[č. 13]<10−12
15C6915.0105993(9)2,449 (5) sβ−15
N
1/2+
16C61016.014701(4)0,747 (8) sβ−, n (97.9%)15
N
0+
β− (2.1%)16
N
17C61117.022579(19)193 (5) msβ− (71.6%)17
N
(3/2+)
β−, n (28,4%)16
N
18C61218.02675(3)92 (2) msβ− (68.5%)18
N
0+
β−, n (31,5%)17
N
19C[č. 14]61319.03480(11)46,2 (23) msβ−, n (47,0%)18
N
(1/2+)
β− (46.0%)19
N
β−, 2n (7%)17
N
20C61420.04026(25)16 (3) ms
[14 (+ 6-5) ms]		β−, n (70%)19
N
0+
β− (30%)20
N
21C61521.04900(64)#<30 nsn20
C
(1/2+)#
22C[č. 15]61622.05755(25)6,2 (13) ms
[6,1 (+ 14–12) ms]		β−22
N
0+
  1. ^ () - Nejistota (1σ) je uveden v stručné formě v závorkách za odpovídajícími posledními číslicemi.
  2. ^ Režimy rozpadu:
    ES:Zachycení elektronů


    n:Emise neutronů
    p:Protonová emise
  3. ^ Tučný symbol jako dcera - dcera produkt je stabilní.
  4. ^ () hodnota rotace - označuje rotaci se slabými argumenty přiřazení.
  5. ^ # - Hodnoty označené # nejsou čistě odvozeny z experimentálních údajů, ale alespoň částečně z trendů sousedních nuklidů (TNN ).
  6. ^ Následně se rozpadá dvojnásobnou emisí protonů na 4On za čistou reakci 8C → 4On + 41H
  7. ^ Okamžitě se rozpadá na dvě části 4On atomy pro čistou reakci 9C → 24On + 1H + e+
  8. ^ Okamžitě se rozpadá emisí protonů na 4On za čistou reakci 9C → 24On + 1H + e+
  9. ^ Používá se pro značení molekul v PET skenování
  10. ^ The jednotná jednotka atomové hmotnosti je definována jako 1/12 hmotnosti nenavázaného atomu uhlíku-12 v základním stavu
  11. ^ Poměr 12C až 13C používá se k měření biologické produktivity ve starověku a různých typů fotosyntéza
  12. ^ Má důležité použití v radatingating (vidět uhlíkové seznamky )
  13. ^ Především kosmogenní, produkovaný neutrony stávkující atomy 14N (14N + 1n → 14C + 1H)
  14. ^ Má 1 svatozář neutron
  15. ^ Má 2 halo neutrony

Uhlík-11

Uhlík-11 nebo 11C je radioaktivní izotop o uhlík která se rozpadá na bór-11. K tomuto rozpadu dochází hlavně kvůli pozitronová emise, s přibližně 0,19–0,23% rozpadů, místo toho k nim došlo elektronový záchyt.[4][5] Má to poločas rozpadu 20 364 minut.

11
C
 → 11
B
 +
E+
 +
ν
E + 0.96 MeV
11
C
 +
E−
 → 11
B
 +
ν
E + 1.98 MeV

Vyrábí se z dusíku v a cyklotron reakcí

14
N
 +
p
 → 11
C
 + 4
On

Uhlík-11 se běžně používá jako a radioizotop pro radioaktivní značení molekul v pozitronová emisní tomografie. Mezi mnoha molekulami používanými v této souvislosti jsou radioligandy [11
C
] DASB a [11
C
] Cimbi-5.

Přírodní izotopy

Hlavní články: Uhlík-12, Uhlík-13, a Uhlík-14

Přirozeně se vyskytují tři izotopy uhlíku: 12, 13 a 14. 12C a 13C jsou stabilní, vyskytující se v přirozený poměr přibližně 93: 1. 14C je produkován tepelnými neutrony z kosmického záření v horních vrstvách atmosféry a je transportován dolů na Zemi, aby byl absorbován živým biologickým materiálem. Izotopově, 14C představuje zanedbatelnou část; ale protože je radioaktivní s poločasem rozpadu 5 700 let, je radiometricky detekovatelný. Protože mrtvá tkáň neabsorbuje 14C, částka 14C je jednou z metod používaných v oblasti archeologie pro radiometrické datování biologického materiálu.

Paleoklima

12C a 13C se měří jako poměr izotopů δ13C v bentický foraminifera a používá se jako proxy pro koloběh živin a teplotně závislá výměna CO mezi vzduchem a mořem2 (ventilace) (Lynch-Stieglitz a kol., 1995). Rostliny snáze používají lehčí izotopy (12C) když přeměňují sluneční světlo a oxid uhličitý na jídlo. Například velké květy plankton (volně plovoucí organismy) absorbují velké množství 12C z oceánů. Původně 12C byl většinou začleněn do mořské vody z atmosféry. Pokud jsou oceány, ve kterých plankton žije, rozvrstvené (což znamená, že v horní části jsou vrstvy teplé vody a chladnější voda hlouběji dolů), pak se povrchová voda příliš nemísí s hlubšími vodami, takže když plankton zemře , potápí se a odnáší 12C z povrchu, takže povrchové vrstvy zůstávají relativně bohaté 13C. Tam, kde studená voda stoupá z hlubin (například v severním Atlantiku), voda nese 12C zálohovat s tím. Takže když byl oceán méně vrstevnatý než dnes, bylo toho mnohem víc 12C v kostrách druhů žijících na povrchu. Mezi další ukazatele minulého podnebí patří přítomnost tropických druhů, růstové kruhy korálů atd.[6]

Sledování zdrojů potravy a stravy

Množství různých izotopů lze měřit pomocí hmotnostní spektrometrie a ve srovnání s a Standard; výsledek (např. delta 13C = 513C) je vyjádřeno jako částice na tisíc (‰):[7]

‰

Stabilní izotopy uhlíku v oxid uhličitý jsou rostlinami během roku využívány odlišně fotosyntéza.[Citace je zapotřebí ] Trávy dovnitř mírné podnebí (ječmen, rýže, pšenice, žito a oves, Plus slunečnice, brambor, rajčata, arašídy, bavlna, cukrovka a většina stromů a jejich ořechů / plodů, růže a Kentucky bluegrass ) následujte a Fotosyntetická cesta C3 která přinese δ13Hodnoty C v průměru asi −26,5 ‰.[Citace je zapotřebí ] Trávy v horkém stavu suché podnebí (kukuřice zejména, ale také proso, čirok, cukrová třtina a Krabí tráva ) následujte a Fotosyntetická dráha C4 který produkuje 513Hodnoty C v průměru asi −12,5 ‰.[8]

Z toho vyplývá, že konzumace těchto různých rostlin ovlivní δ13Hodnoty C v tělních tkáních spotřebitele. Pokud zvíře (nebo člověk) sežere pouze rostliny C3, jejich δ13Hodnoty C budou v kostech od -18,5 do -22,0 ‰ kolagen a −14,5 ‰ v hydroxylapatit jejich zubů a kostí.[9]

Naproti tomu krmítka C4 budou mít kostní kolagen s hodnotou –7,5 ‰ a hodnotou hydroxylapatitu –0,5 ‰.

Ve skutečných případových studiích lze jedlíky proso a kukuřice snadno odlišit od jedlíků rýže a pšenice. Studium toho, jak jsou tyto stravovací preference geograficky distribuovány v čase, může osvětlit migrační cesty lidí a cesty šíření různých zemědělských plodin. Lidské skupiny však často mísily rostliny C3 a C4 (severní Číňané se historicky živili pšenicí a proso) nebo smíšené skupiny rostlin a zvířat dohromady (například jihovýchodní Číňané živící se rýží a rybami).[10]

Viz také

Reference

  1. ^ Meija, Juris; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)“. Čistá a aplikovaná chemie. 88 (3): 265–91. doi:10.1515 / pac-2015-0305.
  2. ^ Poločas rozpadu, režim rozpadu, jaderný spin a izotopové složení pocházejí z:
    Audi, G .; Kondev, F. G .; Wang, M .; Huang, W. J .; Naimi, S. (2017). „Hodnocení jaderných vlastností NUBASE2016“ (PDF). Čínská fyzika C.. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
  3. ^ Wang, M .; Audi, G .; Kondev, F. G .; Huang, W. J .; Naimi, S .; Xu, X. (2017). „Hodnocení atomové hmotnosti AME2016 (II). Tabulky, grafy a odkazy“ (PDF). Čínská fyzika C.. 41 (3): 030003-1–030003-442. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030003.
  4. ^ A b Scobie, J .; Lewis, G. M. (1. září 1957). "K-zachycení v uhlíku 11". Filozofický časopis. 2 (21): 1089–1099. Bibcode:1957PMag .... 2.1089S. doi:10.1080/14786435708242737.
  5. ^ A b Campbell, J. L .; Leiper, W .; Ledingham, K. W. D .; Drever, R. W. P. (11.04.1967). "Poměr záchytu K k emisi pozitronu při rozpadu 11C". Jaderná fyzika A. 96 (2): 279–287. Bibcode:1967NuPhA..96..279C. doi:10.1016/0375-9474(67)90712-9.
  6. ^ Tim Flannery Tvůrci počasí: historie a budoucnost změny klimatu„The Text Publishing Company, Melbourne, Austrálie. ISBN  1-920885-84-6
  7. ^ Miller, Charles B .; Wheeler, Patricia (2012). Biologická oceánografie (2. vyd.). Chichester, West Sussex: John Wiley & Sons, Ltd. s. 186. ISBN  9781444333022. OCLC  794619582.
  8. ^ https://www.ldeo.columbia.edu/~polissar/OrgGeochem/oleary-1988-carbon-isotopes.pdf
  9. ^ Tycot, R. H. (2004). M. Martini; M. Milazzo; M. Piacentini (eds.). „Stabilní izotopy a strava: jste tím, co jíte“ (PDF). Sborník z kurzu mezinárodní školy fyziky "Enrico Fermi" CLIV.
  10. ^ Hedges Richard (2006). „Odkud pochází náš protein?“. British Journal of Nutrition. 95 (6): 1031–2. doi:10.1079 / bjn20061782. PMID  16768822.