Isótopos de carbono
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 7 de febrero de 2022; las comprobaciones requieren 3 ediciones .Los isótopos de carbono son variedades de átomos (y núcleos ) del elemento químico carbono , que tienen un contenido diferente de neutrones en el núcleo. El carbono tiene dos isótopos estables , 12C y 13C . El contenido de estos isótopos en el carbono natural es del 98,93% y 1,07%, respectivamente. También hay 13 isótopos radiactivos de carbono (de 8 C a 22 C), de los cuales uno, el 14 C , se encuentra en la naturaleza (su contenido en carbono atmosférico es de unos 10 −12 ). Estados isoméricosdesconocido. El carbono es un elemento ligero, y sus isótopos difieren significativamente en masa y, por lo tanto, en propiedades físicas, por lo que, en muchos procesos naturales, se separan (fraccionan). El radioisótopo de vida más larga es el 14 C con una vida media de 5700 años.
Tabla de isótopos de carbono
| Símbolo de nucleido |
Z (pag) | norte ( n ) | Masa isotópica [1] ( a.u.m. ) |
Vida media [2] ( T 1/2 ) |
Canal de descomposición | producto de descomposición | Spin y paridad del núcleo [2] |
La prevalencia del isótopo en la naturaleza. |
Gama de cambios en la abundancia isotópica en la naturaleza |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Energía de excitación | |||||||||
| 8C _ | 6 | 2 | 8.037643±(20) | 3.5(14)⋅10 -21 s [ 230(50) keV ] |
2p | 6 ser | 0+ | ||
| 9C _ | 6 | 3 | 9,0 310 372 ± (23) | 126,5(9) ms | β + , p (61,6%) | 8 ser | 3/2- | ||
| β + , α (38,4%) | 5 Li _ | ||||||||
| 10C _ | 6 | cuatro | 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 por definición [n 2] | estable | 0+ | [ 0.9984 , 0.9904 ] [5] | |||
| 13C _ | 6 | 7 | 13.00 335 483 534(25) | estable | 1/2- | [ 0.0096 , 0.0116 ] [6] | |||
| 14C [ n3 ] | 6 | ocho | 14.0 032 419 890(4) | 5.70(3)⋅10 3 años | β- _ | 14 norte | 0+ | cantidades reastrables | <10 −12 |
| 15C _ | 6 | 9 | 15.0 105 993(9) | 2.449(5) s | β- _ | 15 norte | 1/2+ | ||
| 16C _ | 6 | diez | 16.014 701(4) | 750(6)ms | β − , n (99,0 %) | 15 norte | 0+ | ||
| β − (1,0 %) | 16 norte | ||||||||
| 17C _ | 6 | once | 17.022 579(19) | 193(6) ms | β − (71,6 %) | 17 norte | 3/2+ | ||
| β − , n (28,4 %) | 16 norte | ||||||||
| 18C _ | 6 | 12 | 18.02 675(3) | 92(2) ms | β − (68,5 %) | 18 norte | 0+ | ||
| β − , n (31,5 %) | 17 norte | ||||||||
| 19C _ | 6 | 13 | 19.03 480(11) | 46,2(23) ms | β- , n (47%) | 18 norte | 1/2+ | ||
| β - (46%) | 19 norte | ||||||||
| β- , 2n (7%) | 17 norte | ||||||||
| 20C _ | 6 | catorce | 20.04 026(25) | 16(3)ms | β − , norte (70%) | 19 norte | 0+ | ||
| β- , 2n (<18,6%) | 18 norte | ||||||||
| β − (>11,4 %) | 20 norte | ||||||||
| 21C _ | 6 | quince | 21.04 900(64) # | < 30 ns | norte | 20C _ | 1/2+# | ||
| 22C _ | 6 | dieciséis | 22.05 755(25) | 6,2(13) ms | β- , n (61%) | 21 norte | 0+ | ||
| β- , 2n (<37%) | 20 norte | ||||||||
| β − (>2 %) | 22 norte
| ||||||||
- ^ Utilizado para tomografía por emisión de positrones .
- ↑ Una unidad de masa atómica se define como 1⁄12 de la masa de un átomo de carbono libre en reposo 12 C en su estado fundamental.
- ↑ Utilizado para la datación por radiocarbono
Explicaciones a la tabla
- Los índices 'm', 'n', 'p' (junto al símbolo) denotan los estados isoméricos excitados del nucleido.
- Los símbolos en negrita indican productos de degradación estables. Los símbolos en cursiva y negrita denotan productos de desintegración radiactiva que tienen vidas medias comparables o mayores que la edad de la Tierra y, por lo tanto, presentes en la mezcla natural.
- Los valores marcados con un hash (#) no se derivan solo de datos experimentales, sino que se estiman (al menos parcialmente) a partir de tendencias sistemáticas en nucleidos vecinos (con las mismas proporciones Z y N ). Los valores de giro de incertidumbre y/o paridad se encierran entre paréntesis.
- La incertidumbre se da como un número entre paréntesis, expresado en unidades del último dígito significativo, significa una desviación estándar (con la excepción de la abundancia y la masa atómica estándar de un isótopo según los datos de la IUPAC , para los cuales se requiere una definición más compleja de incertidumbre usó). Ejemplos: 29770.6(5) significa 29770.6 ± 0.5; 21,48(15) significa 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) significa −2200,2 ± 1,8.
Isótopo 14 C
Además de los isótopos estables de carbono, el isótopo radiactivo 14 C (radiocarbono) se encuentra en la naturaleza. Se forma por irradiación con neutrones de 14 N según la siguiente reacción:
Además de la reacción del nitrógeno, se puede formar 14 C durante la irradiación con neutrones del isótopo de oxígeno 17 O por la reacción 17
8O + norte →14
6C + α , sin embargo, el contenido de 17 O en la atmósfera es extremadamente bajo, y esta forma de formación de 14 C se tiene en cuenta solo en las tecnologías nucleares.
En la naturaleza, el 14C se forma en la atmósfera a partir del nitrógeno atmosférico -14 por la radiación cósmica . A un ritmo bajo, el carbono-14 también se forma en la corteza terrestre .
El contenido de equilibrio de 14 C en la atmósfera y la biosfera de la Tierra con respecto al carbono estable es ~10 −12 . Desde el comienzo del uso activo de combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas), el dióxido de carbono ha estado ingresando constantemente a la atmósfera, que no contiene radiocarbono (descompuesto durante millones de años), lo que conduce a una disminución gradual del 14 C / relación 12 C en la atmósfera; sin embargo, esta dilución del carbono atmosférico con carbono fósil no radiactivo (el llamado efecto Suess ) ha provocado desde el comienzo de la industrialización (siglo XVIII) una disminución de la actividad específica del 14 C en la atmósfera de tan solo 1,5 ... 2,5% [7] , y en los océanos, la actividad específica de 14 C disminuyó solo un 0,2%. Un cambio mucho más significativo y dramático, que comenzó en 1945, está asociado con explosiones nucleares y especialmente termonucleares en la atmósfera, creando un gran flujo de neutrones y convirtiendo el nitrógeno-14 atmosférico en carbono-14 de acuerdo con la reacción anterior. Este efecto alcanzó su punto máximo a mediados de la década de 1960; el contenido total de 14 C en la troposfera del hemisferio norte casi se duplicó. Después de la prohibición de las pruebas nucleares en la atmósfera, el contenido troposférico de 14 C comenzó a disminuir rápidamente (una disminución del doble cada 12-16 años ) debido al equilibrio del reservorio troposférico con el océano, que tiene una capacidad mucho mayor. que la atmósfera, y casi no fue afectado por el radiocarbono "bomba". Hasta la fecha, el contenido atmosférico de 14 C casi ha vuelto a los valores de la era prenuclear [8] , que ascendía (en 1950, en términos de actividad específica de 14 C), 226 Bq por 1 kg de carbono atmosférico [9] .
La formación de 14 C durante las explosiones nucleares se ha convertido en uno de los factores significativos de la contaminación por radiación [10] , ya que el carbono está involucrado en el metabolismo de un organismo vivo y puede acumularse en él.
Datación por radiocarbono
La medición de la radiactividad de sustancias orgánicas de origen vegetal y animal, debido al isótopo 14 C, se utiliza para el análisis de radiocarbono de la edad de objetos antiguos y muestras naturales. La tasa de formación de 14 C en la atmósfera terrestre en cada año en particular se mide por el contenido de este isótopo en muestras con fechas conocidas, en varios anillos de árboles, etc. Por lo tanto, también se conoce la participación de 14 C en el balance de carbono . . Un organismo vivo, al absorber carbono, mantiene un equilibrio de 14 C idéntico al del mundo exterior. Después de la muerte, cesa la renovación del carbono y la proporción de 14 C disminuye gradualmente debido a la desintegración radiactiva. Al determinar la cantidad de 14 C en una muestra, los científicos pueden estimar hace cuánto tiempo vivió el organismo.
Estándares de isótopos de carbono
Para describir la composición isotópica del carbono se utiliza el estándar PDB, cuyo nombre proviene de las belemnitas de la Formación Peedee en Carolina del Sur ( EE.UU. ). Estas belemnitas fueron elegidas como estándar debido a su composición isotópica muy homogénea.
Fraccionamiento de isótopos de carbono en la naturaleza
En la naturaleza, la separación de los isótopos de carbono ocurre intensamente a temperaturas relativamente bajas. Durante la fotosíntesis, las plantas absorben selectivamente el isótopo ligero de carbono. El grado de fraccionamiento depende del mecanismo bioquímico de secuestro de carbono. La mayoría de las plantas acumulan intensamente 12 C, y el contenido relativo de este isótopo en su composición es 15–25 ‰ más alto que en la atmósfera. Al mismo tiempo, las plantas de cereales, las más comunes en los paisajes esteparios, están débilmente enriquecidas en 12 C y se desvían de la composición de la atmósfera solo entre 3 y 8 ‰.
El fraccionamiento de los isótopos de carbono ocurre cuando el CO 2 se disuelve en agua y se evapora, cristaliza, etc.
Un gran número de trabajos científicos están dedicados a la composición de isótopos de carbono de los diamantes .
Notas
- ↑ Datos de Wang M. , Audi G. , Kondev FG , Huang WJ , Naimi S. , Xu X. La evaluación de la masa atómica de Ame2016 (I). evaluación de datos de entrada; y procedimientos de ajuste (inglés) // Chinese Physics C. - 2016. - Vol. 41 , edición. 3 . - Folio 030002-1-030002-344 . -doi : 10.1088 / 1674-1137/41/3/030002 .
- ↑ 1 2 Datos basados en Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH La evaluación NUBASE de las propiedades nucleares y de descomposición // Física nuclear A . - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . -doi : 10.1016/ j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
- ↑ Scobie J., Lewis GM K-captura en carbono 11 // Philosophical Magazine. - 1957. - vol. 2 , edición. 21 . — P. 1089–1099 . -doi : 10.1080/ 14786435708242737 . - .
- ↑ Campbell JL, Leiper W., Ledingham KWD, Drever RWP La relación entre la captura de K y la emisión de positrones en la desintegración de 11 C // Física nuclear A. - 1967. - vol. 96 , edición. 2 . — págs. 279–287 . - doi : 10.1016/0375-9474(67)90712-9 . — .
- ↑ Peso atómico del carbono . CIAAW .
- ↑ Peso atómico del hidrógeno . CIAAW . Recuperado: 24 junio 2021.
- ↑ Tans PP , De Jong AFM , Mook WG Variación atmosférica natural de 14 C y el efecto Suess // Nature . - 1979. - vol. 280 , núm. 5725 . - P. 826-828 . — ISSN 0028-0836 . -doi : 10.1038/ 280826a0 .
- ↑ Hua Q. , Barbetti M. , Rakowski AZ Radiocarbono atmosférico para el período 1950-2010 // Radiocarbono . - 2013. - Vol. 55 , núm. 4 . - Pág. 2059-2072 . — ISSN 0033-8222 . -doi : 10.2458 / azu_js_rc.v55i2.16177 .
- ↑ Carbon-14 y el medio ambiente . Instituto de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear. Archivado desde el original el 18 de abril de 2015.
- ↑ Sakharov A. D. CARBONO RADIACTIVO DE EXPLOSIONES NUCLEARES Y EFECTOS BIOLÓGICOS SIN UMBRAL
Enlaces
| Isótopos de carbono | |
|---|---|
| Inestable (menos de un día): 8 C: Carbono-8 , 9 C: Carbono-9 , 10 C: Carbono-10 , 11 C: Carbono-11 Estable: 12 C: Carbono-12 , 13 C: Carbono-13 10-10.000 años: 14 C: Carbono-14 Inestable (menos de un día) : 15 C: Carbono-15 , 16 C: Carbono-16 , 17 C: Carbono-17 , 18 C: Carbono-18 , 19 C: Carbono-19 , 20 C: Carbono-20 , 21C : Carbono-21 , 22C: Carbono- 22 | |
| ver también. Carbono , Tabla de nucleidos | |