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).

Изотоп 14C 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}

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

Измерение радиоактивности органических веществ растительного и животного происхождения, обусловленной изотопом 14C, применяется для радиоуглеродного анализа возраста старинных предметов и природных образцов. В живом организме 14C находится в равновесии с окружающей средой. После гибели организма он перестаёт обмениваться углеродом со средой, и содержание 14C начинает медленно уменьшаться (его период полураспада равен 5,70±0,03 тыс. лет). Измеренная удельная активность 14C в образце может быть однозначно связана с временем, прошедшим с момента гибели организма.

Таблица изотопов углерода[править | править исходный 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+

Стандарты изотопного состава углерода[править | править исходный 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 исходный 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.

Ссылки[править | править исходный текст]


Изотопы бора • Периодическая таблица по изотопам элементов • Изотопы азота