Isotoper af kulstof

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 7. februar 2022; checks kræver 3 redigeringer .

Isotoper af kulstof  er varianter af atomer (og kerner ) af det kemiske grundstof kulstof , som har et andet indhold af neutroner i kernen. Kulstof har to stabile isotoper  , 12C og 13C . Indholdet af disse isotoper i naturligt kulstof er henholdsvis 98,93 % og 1,07 %. Der er også 13 radioaktive isotoper af kulstof (fra 8 C til 22 C), hvoraf en, 14 C  , findes i naturen (dets indhold i atmosfærisk kulstof er ca. 10 −12 ). Isomere tilstandeukendt. Kulstof er et let grundstof, og dets isotoper adskiller sig væsentligt i masse og dermed i fysiske egenskaber, derfor adskilles de (fraktioneres) i mange naturlige processer. Den længstlevende radioisotop er 14 C med en halveringstid på 5700 år.

Tabel over kulstofisotoper

Nuklid symbol	Z (p)	N ( n )	Isotopmasse [1] ( a.u.m. )	Halveringstid [ 2] ( T 1/2 )	Decay kanal	Forfaldsprodukt	Spin og paritet af kernen [2]	Isotopens udbredelse i naturen	Vifte af ændringer i isotopoverflod i naturen
	Excitationsenergi
8C _	6	2	8,037643±(20)	3,5(14)⋅10 -21  s [ 230(50) keV ]	2 p	6 Vær	0+
9C _	6	3	9,0 310 372 ± (23)	126,5(9) ms	β + , p (61,6 %)	8 Vær	3/2−
					β + , α (38,4 %)	5Li _
10C _	6	fire	10,01 685 322(8)	19.3011(15) s	β +	10B _	0+
11 C [n 1]	6	5	11.01 143 260(6)	20,3402(53) min	β + (99,79 %)	11B _	3/2−
					EZ (0,21%) [3] [4]	11B _
12C _	6	6	12 per definition [n 2]	stabil			0+	[ 0,9984 , 0,9904 ] [5]
13C _	6	7	13,00 335 483 534(25)	stabil			1/2−	[ 0,0096 , 0,0116 ] [6]
14C [ n3 ]	6	otte	14,0 032 419 890(4)	5,70(3)⋅10 3  år	β -	14 N	0+	spormængder	<10 −12
15C _	6	9	15,0 105 993(9)	2.449(5) s	β -	15 N	1/2+
16C _	6	ti	16.014 701(4)	750(6) ms	β − , n (99,0 %)	15 N	0+
					β - (1,0 %)	16 N
17C _	6	elleve	17.022 579(19)	193(6) ms	β - (71,6 %)	17 N	3/2+
					β − , n (28,4 %)	16 N
18C _	6	12	18.02 675(3)	92(2) ms	β - (68,5 %)	18 N	0+
					β − , n (31,5 %)	17 N
19C _	6	13	19.03 480(11)	46,2(23) ms	β − , n (47 %)	18 N	1/2+
					β - (46 %)	19 N
					β − , 2n (7 %)	17 N
20C _	6	fjorten	20.04 026(25)	16(3) ms	β − , n (70 %)	19 N	0+
					β − , 2n (<18,6 %)	18 N
					β - (>11,4 %)	20 N
21C _	6	femten	21.04 900(64) #	< 30 ns	n	20C _	1/2+#
22C _	6	16	22.05 755(25)	6,2(13) ms	β − , n (61 %)	21 N	0+
					β − , 2n (<37 %)	20 N
					β − (>2 %)	22 N

1. ^ Bruges til positronemissionstomografi .
2. ↑ En atommasseenhed er defineret som 1⁄12 af massen af ​​et frit hvilende carbonatom 12 C i dets grundtilstand.
3. ↑ Bruges til radiocarbondatering

Forklaringer til tabellen

• Indeksene 'm', 'n', 'p' (ved siden af ​​symbolet) angiver de exciterede isomere tilstande af nuklidet.

• Symboler med fed skrift angiver stabile nedbrydningsprodukter. Symbolerne i fed kursiv angiver radioaktive henfaldsprodukter, der har halveringstid sammenlignelig med eller større end Jordens alder og derfor til stede i den naturlige blanding.

• Værdier markeret med en hash (#) er ikke afledt af eksperimentelle data alene, men er (i det mindste delvist) estimeret ud fra systematiske tendenser i tilstødende nuklider (med samme Z- og N -forhold ). Usikkerhedsspin og/eller paritetsværdier er angivet i parentes.

• Usikkerhed er angivet som et tal i parentes, udtrykt i enheder af det sidste signifikante ciffer, betyder én standardafvigelse (med undtagelse af mængden og standardatommassen af ​​en isotop ifølge IUPAC -data , for hvilken en mere kompleks definition af usikkerhed er Brugt). Eksempler: 29770,6(5) betyder 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) betyder 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) betyder −2200,2 ± 1,8.

Isotop 14 C

Ud over stabile isotoper af kulstof forekommer den radioaktive isotop 14 C (radiokulstof) i naturen. Det dannes ved bestråling med 14 N neutroner i henhold til følgende reaktion:

Ud over nitrogenreaktionen kan 14 C dannes under neutronbestråling af iltisotopen 17 O ved reaktionen 17
8O + n →14
6C + α , dog er indholdet af 17 O i atmosfæren ekstremt lavt, og denne måde at 14 C dannelse på er kun taget i betragtning i nukleare teknologier.

I naturen dannes 14C i atmosfæren fra atmosfærisk nitrogen -14 ved kosmisk stråling . Ved en lav hastighed dannes kulstof-14 også i jordskorpen .

Ligevægtsindholdet af 14 C i Jordens atmosfære og biosfære med hensyn til stabilt kulstof er ~10 −12 . Siden begyndelsen af ​​den aktive brug af fossile brændstoffer (kul, olie, gas), er kuldioxid konstant kommet ind i atmosfæren, som ikke indeholder radiocarbon (nedbrydes over millioner af år), hvilket fører til et gradvist fald i 14 C / 12 C forhold i atmosfæren; imidlertid har denne fortynding af atmosfærisk kulstof med ikke-radioaktivt fossilt kulstof (den såkaldte Suess-effekt ) siden begyndelsen af ​​industrialiseringen (XVIII århundrede) ført til et fald i den specifikke aktivitet af 14 C i atmosfæren med kun 1,5 ... 2,5 % [7] , og i havene faldt den specifikke aktivitet af 14 C kun med 0,2 %. En meget mere væsentlig og dramatisk ændring, som begyndte i 1945, er forbundet med nukleare og især termonukleare eksplosioner i atmosfæren, hvilket skaber en stor neutronflux og omdanner atmosfærisk nitrogen-14 til kulstof-14 ifølge ovenstående reaktion. Denne effekt toppede i midten af ​​1960'erne; det samlede indhold af 14 C i troposfæren på den nordlige halvkugle næsten fordobledes. Efter forbuddet mod atomprøvesprængninger i atmosfæren begyndte det troposfæriske indhold af 14 C at falde hurtigt (et dobbelt fald hvert 12.-16. år ) på grund af ligevægten mellem det troposfæriske reservoir og havet, som har en meget større kapacitet end atmosfæren, og var næsten ikke påvirket af "bombe" radiocarbon. Til dato er det atmosfæriske indhold af 14 C næsten vendt tilbage til værdierne fra den præ-nukleare æra [8] , som udgjorde (i 1950, hvad angår den specifikke aktivitet af 14 C), 226 Bq pr. atmosfærisk kulstof [9] .

Dannelsen af ​​14 C under atomeksplosioner er blevet en af ​​de væsentlige faktorer for strålingsforurening [10] , da kulstof er involveret i metabolismen af ​​en levende organisme og kan ophobes i den.

Radiocarbon dating

Måling af radioaktiviteten af ​​organiske stoffer af vegetabilsk og animalsk oprindelse, på grund af isotopen 14 C, bruges til radiocarbonanalyse af alderen på gamle genstande og naturlige prøver. Dannelseshastigheden af ​​14 C i Jordens atmosfære i hvert enkelt år måles ved indholdet af denne isotop i prøver med kendte datoer, i forskellige træringe osv. Derfor kendes også andelen af ​​14 C i kulstofbalancen . En levende organisme, der absorberer kulstof, opretholder en balance på 14 C identisk med omverdenen. Efter døden ophører kulstoffornyelsen, og andelen af ​​14 C falder gradvist på grund af radioaktivt henfald. Ved at bestemme mængden af ​​14 C i en prøve kan videnskabsmænd vurdere, hvor længe siden organismen levede.

Carbon isotop standarder

Til at beskrive den isotopiske sammensætning af kulstof anvendes PDB-standarden, hvis navn kommer fra belemniter fra Peedee-formationen i South Carolina ( USA ). Disse belemniter blev valgt som standard på grund af deres meget homogene isotopsammensætning.

Fraktionering af kulstofisotoper i naturen

I naturen sker adskillelsen af ​​kulstofisotoper intensivt ved relativt lave temperaturer. Under fotosyntesen absorberer planter selektivt den lette isotop af kulstof. Graden af ​​fraktionering afhænger af den biokemiske mekanisme for kulstofbinding. De fleste planter akkumulerer intensivt 12 C, og det relative indhold af denne isotop i deres sammensætning er 15-25  ‰ højere end i atmosfæren. Samtidig er kornplanter, de mest almindelige i steppelandskaber, svagt beriget i 12 C og afviger kun 3-8 ‰ fra atmosfærens sammensætning.

Fraktionering af kulstofisotoper sker, når CO 2 opløses i vand og fordamper, krystalliserer mv.

Et stort antal videnskabelige arbejder er afsat til kulstofisotopsammensætningen af ​​diamanter .

Noter

1. ↑ Data fra Wang M. , Audi G. , Kondev FG , Huang WJ , Naimi S. , Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). evaluering af inputdata; og justeringsprocedurer  (engelsk)  // Chinese Physics C. - 2016. - Vol. 41 , udg. 3 . - P. 030002-1-030002-344 . - doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030002 .
2. ↑ 1 2 Data baseret på Audi G. , Bersillon O. ,  Blachot J. , Wapstra AH . - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
3. ↑ Scobie J., Lewis GM K-fangst i kulstof 11  //  Philosophical Magazine. - 1957. - Bd. 2 , iss. 21 . — S. 1089–1099 . - doi : 10.1080/14786435708242737 . - .
4. ↑ Campbell JL, Leiper W., Ledingham KWD, Drever RWP Forholdet mellem K-fangst og positronemission ved henfaldet af 11 C  //  Nuclear Physics A. - 1967. - Vol. 96 , udg. 2 . — S. 279–287 . - doi : 10.1016/0375-9474(67)90712-9 . — .
5. ↑ Atomvægt af kulstof . CIAAW . (ubestemt)
6. ↑ Atomvægt af brint . CIAAW . Hentet: 24. juni 2021. (ubestemt)
7. ↑ Tans PP , De Jong AFM , Mook WG Naturlig atmosfærisk 14 C-variation og Suess-effekten   // Nature . - 1979. - Bd. 280 , nr. 5725 . - s. 826-828 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/280826a0 .
8. ↑ Hua Q. , Barbetti M. , Rakowski AZ Atmospheric Radiocarbon for perioden 1950–2010   // Radiocarbon . - 2013. - Bd. 55 , nr. 4 . - S. 2059-2072 . — ISSN 0033-8222 . - doi : 10.2458/azu_js_rc.v55i2.16177 .
9. ↑ Kulstof-14 og miljøet . Institut for Strålebeskyttelse og Nuklear Sikkerhed. Arkiveret fra originalen den 18. april 2015. (ubestemt)
10. ↑ Sakharov A. D. RADIOAKTIVT KUL FRA atomeksplosioner og BIOLOGISKE VIRKNINGER UDEN TÆRSKEL

Links

• CARBON-14 SYSTEMATIK
• Oversigt over stabil isotopforskning

Isotoper af kulstof
Ustabil (mindre end en dag): 8 C: Kulstof-8 , 9 C: Kulstof-9 , 10 C: Kulstof-10 , 11 C: Kulstof-11 Stabil: 12 C: Carbon-12 , 13 C: Carbon-13 10-10.000 år: 14 C: Kulstof-14 Ustabil (mindre end en dag) : 15 C: Kulstof-15 , 16 C: Kulstof-16 , 17 C: Kulstof-17 , 18 C: Kulstof-18 , 19 C: Kulstof-19 , 20 C: Kulstof-20 , 21C : Carbon-21 , 22C : Carbon- 22
se også. Kulstof , Tabel over nuklider

isotoper

en 2                             3 fire 5 6 7 otte 9 ti elleve 12 13 fjorten femten 16 17 atten en x H   x han 2 x Li x være   x B x C x N x O x F x Ne 3 x Na xMg _   x Al x Si x P x S xCl _ x Ar fire x K x Ca   x Sc x Ti x V xCr _ xMn _ x Fe x Co x Ni x Cu xZn _ x Ga x Ge xAs _ x Se xBr _ xKr _ 5 xRb _ xSr _   x Y xZr _ xNb _ x Mo x Tc x Ru x Rh x Pd xAg _ x CD x ind x Sn x Sb x Te x jeg x Xe 6 x Cs x Ba x La x Ce x Pr xNd _ x pm xSm _ xEu _ x Gd xTb _ xDy _ x Ho x Er x Tm x Yb x Lu x Hf x Ta x W x Re xOs _ xIr _ xPt _ xAu _ x Hg xTl _ xPb _ x Bi x Po x kl xRn _ 7 xFr _ x Ra x Ac xTh _ xPa _ x U xNp _ x Pu x Am x cm xBk _ x Jf x Es xFm _ xMd _ x Nej xLr _ xRf _ xDb _ xSg _ x Bh x Hs x Mt xDs _ xRg _ x Cn xNh _ xFl _ x Mc xLv _ x Ts xOg _   alkalimetaller jordalkalimetaller Lanthanider Aktinider overgangsmetaller letmetaller _ Halvmetaller ikke-metaller Halogener ædelgasser Egenskaber ukendt