Изотопы углерода

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Изото́пы углеро́да — разновидности атомовядер) химического элемента углерода, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. Углерод имеет два стабильных изотопа12C и 13C. Содержание этих изотопов в природном углероде равно соответственно 98,93 % и 1,07 %. Известны также 13 радиоактивных изотопов углерода (от 8C до 22C), из которых один — 14C — встречается в природе (его содержание в атмосферном углероде около 10−12). Углерод — лёгкий элемент, и его изотопы значительно различаются по массе, а значит и по физическим свойствам, поэтому во многих природных процессах происходит их разделение (фракционирование).

Таблица изотопов углерода[править | править вики-текст]

Символ
изотопа
Z (p) N (n)  
Масса, а.е.м.
 
Период полураспада Спин и чётность ядра Содержание изотопа в природном элементе Вариация содержания изотопа в природном элементе
8C 6 2 8,037675(25) 2,0(4)×10−21 с (ширина распада 230(50) кэВ) 0+
9C 6 3 9,0310367(23) 126,5(9) мкс (3/2)
10C 6 4 10,0168532(4) 19,290(12) с 0+
11C 6 5 11,0114336(10) 20,334(24) мин 3/2
12C 6 6 12 по определению Стабилен 0+ 0,9893(8) 0,98853-0,99037
13C 6 7 13,0033548378(10) Стабилен 1/2 0,0107(8) 0,00963-0,01147
14C 6 8 14,003241989(4) 5,70(3)×103 лет 0+
15C 6 9 15,0105993(9) 2,449(5) с 1/2+
16C 6 10 16,014701(4) 0,747(8) с 0+
17C 6 11 17,022586(19) 193(5) мкс (3/2+)
18C 6 12 18,02676(3) 92(2) мкс 0+
19C 6 13 19,03481(11) 46,2(23) мкс (1/2+)
20C 6 14 20,04032(26) 16(3) мкс [14+6−5 мкс] 0+
21C 6 15 21,04934(54) <30 нс (1/2+)
22C 6 16 22,05720(97) 6,2(13) мкс [6,1+14−12 мкс] 0+

Изотоп 14C[править | править вики-текст]

Помимо стабильных изотопов углерода в природе встречается изотоп 14C. Он образуется при облучении 14N нейтронами по следующей реакции:

\mathrm{{}^{14}_{7}N} + \mathrm{{}^{1}_{0}n} \rightarrow \mathrm{{}^{14}_{6}C} + \mathrm{{}^{1}_{1}H}.

Кроме азотной реакции, 14C может образовываться при нейтронном облучении изотопа кислорода 17O по реакции 178O + n → 146C + α, однако в атмосфере содержание 17O крайне мало и этот путь образования 14C учитывается только в ядерных технологиях.

В природе 14C образуется в атмосфере из атмосферного азота под действием космического излучения. С небольшой скоростью углерод-14 образуется и в земной коре.

Равновесное содержание 14C в земной атмосфере и биосфере по отношению к стабильному углероду составляет ~10−12.

С началом ядерной эры образование 14C при ядерных взрывах стало одним из значимых факторов радиационного загрязнения[1], поскольку углерод участвует в обмене веществ живого организма и может накапливаться в нем.

Радиоуглеродный анализ[править | править вики-текст]

Измерение радиоактивности органических веществ растительного и животного происхождения, обусловленной изотопом 14C, применяется для радиоуглеродного анализа возраста старинных предметов и природных образцов. Предполагается, что темп образования 14C в атмосфере Земли от излучений всегда был одинаков, поэтому и доля 14C в углеродном балансе тоже известна. Живой организм, поглощая углерод, поддерживает баланс 14C идентичным с окружающим миром. После гибели обновление углерода прекращается, и доля 14C постепенно уменьшается вследствие радиоактивного распада. Определяя количество 14C в образце, ученые могут оценить как давно жил этот организм.

Стандарты изотопного состава углерода[править | править вики-текст]

Для описания изотопного состава углерода применяется стандарт PDB, название которого происходит от белемнитов из формации Peedee в Южной Каролине (США). Эти белемниты были выбраны в качестве стандарта по причине очень однородного изотопного состава.

Фракционирование изотопов углерода в природе[править | править вики-текст]

В природе разделение изотопов углерода интенсивно происходит при относительно низких температурах. Растения при фотосинтезе избирательно поглощают лёгкий изотоп углерода. Степень фракционирования зависит от биохимического механизма связывания углерода. Большинство растений интенсивно накапливают 12C, и относительное содержание этого изотопа в их составе на 15—25  выше, чем в атмосфере. В то же время злаковые растения, наиболее распространённые в степных ландшафтах, слабо обогащены 12C и отклоняются от состава атмосферы лишь на 3—8 ‰

Фракционирование изотопов углерода происходит при растворении CO2 в воде и его испарении, кристаллизации и т. п.

Большое число научных работ посвящено изотопному составу углерода алмазов.

Примечания[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]


Изотопы бора • Периодическая таблица по изотопам элементов • Изотопы азота