Углерод-12 ( 12 C) является наиболее распространенным из двух стабильных изотопов углерода ( вторым является углерод-13 ), составляя 98,93% элементарного углерода на Земле; [1] его изобилие обусловлено процессом тройного альфа, посредством которого он создается в звездах. Углерод-12 имеет особое значение с точки зрения его использования в качестве стандарта, по которому измеряются атомные массы всех нуклидов , поэтому его атомная масса по определению составляет ровно 12 дальтон . Углерод-12 состоит из 6 протонов , 6 нейтронов и 6 электронов .
До 1959 года и IUPAP , и IUPAC использовали кислород для определения родинки ; химики определяли моль как количество атомов кислорода, имеющих массу 16 г, физики использовали аналогичное определение, но только с изотопом кислорода-16 . В 1959–1960 годах обе организации согласились определить крота следующим образом.
Моль — количество вещества системы, содержащей столько же элементарных веществ, сколько атомов содержится в 12 граммах углерода 12; его символ - «моль».
Он был принят CIPM (Международным комитетом мер и весов) в 1967 году, а в 1971 году он был принят 14-й CGPM (Генеральной конференцией мер и весов) .
В 1961 году изотоп углерода-12 был выбран вместо кислорода в качестве стандарта, относительно которого измеряются атомные массы всех остальных элементов. [2]
В 1980 году CIPM уточнил приведенное выше определение, определив, что атомы углерода-12 являются несвязанными и находятся в своем основном состоянии .
В 2018 году ИЮПАК определил родинку как именно6,022 140 76 × 10 23 «элементарные сущности». Число молей в 12 граммах углерода-12 стало предметом экспериментального определения.
Состояние Хойла — это возбужденное бесспиновое резонансное состояние углерода-12. Он производится в результате процесса тройного альфа , и его существование было предсказано Фредом Хойлом в 1954 году . производство в звездной среде, что соответствует наблюдениям. Существование состояния Хойла подтверждено экспериментально, но его точные свойства все еще исследуются. [4]
Состояние Хойла заселяется при слиянии ядра гелия-4 с ядром бериллия-8 в высокотемпературной (10 8 К ) среде с плотно концентрированным (10 5 г/см 3 ) гелием. Этот процесс должен происходить за 10–16 секунд вследствие короткого периода полураспада 8 Be. Состояние Хойла также представляет собой кратковременный резонанс с периодом полураспада2,4 × 10-16 с ; в основном он распадается обратно на три составляющие его альфа-частицы , хотя 0,0413% распадов (или 1 из 2421,3) происходит путем внутреннего преобразования в основное состояние 12 C. [5]
В 2011 году ab initio расчет низколежащих состояний углерода-12 обнаружил (помимо основного и возбужденного состояния со спином 2) резонанс со всеми свойствами состояния Хойла. [6] [7]
Изотопы углерода можно разделить в виде углекислого газа путем каскадных реакций химического обмена с карбаматом амина . [8]