stringtranslate.com

Углерод-12

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 распространенность обусловлена ​​тройным альфа-процессом , посредством которого он создается в звездах. Углерод-12 имеет особое значение в его использовании в качестве стандарта, по которому измеряются атомные массы всех нуклидов , таким образом, его атомная масса составляет ровно 12 дальтон по определению. Углерод-12 состоит из 6 протонов , 6 нейтронов и 6 электронов .

История

До 1959 года и IUPAP , и IUPAC использовали кислород для определения моля ; химики определяли моль как число атомов кислорода, имеющих массу 16 г, физики использовали похожее определение, но только с изотопом кислорода-16 . Две организации договорились в 1959–60 годах определить моль следующим образом.

Моль — это количество вещества системы, содержащей столько же элементарных частиц, сколько атомов содержится в 12 граммах углерода-12; его символ — «моль».

Он был принят МКМВ (Международным комитетом мер и весов) в 1967 году, а в 1971 году он был принят 14-й Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) .

В 1961 году изотоп углерода-12 был выбран вместо кислорода в качестве стандарта, относительно которого измеряются атомные веса всех других элементов. [2]

В 1980 году CIPM уточнил приведенное выше определение, указав, что атомы углерода-12 не связаны и находятся в основном состоянии .

В 2018 году ИЮПАК определил моль как6,022 140 76 × 10 23 «элементарных сущностей». Количество молей в 12 граммах углерода-12 стало предметом экспериментального определения.

штат Хойл

Состояние Хойла и возможные пути распада

Состояние Хойла — это возбужденное, бесспиновое, резонансное состояние углерода-12. Оно производится посредством процесса тройной альфа и было предсказано Фредом Хойлом в 1954 году. [3] Существование резонансного состояния Хойла 7,7 МэВ необходимо для нуклеосинтеза углерода в звездах, сжигающих гелий , и предсказывает количество углерода, вырабатываемого в звездной среде, которое соответствует наблюдениям. Существование состояния Хойла было подтверждено экспериментально, но его точные свойства все еще изучаются. [4]

Состояние Хойла заселяется, когда ядро ​​гелия-4 сливается с ядром бериллия-8 в высокотемпературной (10 8  К ) среде с плотно концентрированным (10 5  г/см 3 ) гелием. Этот процесс должен происходить в течение 10 −16  секунд вследствие короткого периода полураспада 8 Be. Состояние Хойла также является короткоживущим резонансом 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) происходят путем внутреннего преобразования в основное состояние 12 C. [5]

В 2011 году расчет ab initio низколежащих состояний углерода-12 обнаружил (в дополнение к основному и возбужденному состоянию со спином 2) резонанс со всеми свойствами состояния Хойла. [6] [7]

Изотопная очистка

Изотопы углерода могут быть разделены в виде углекислого газа путем каскадных химических реакций обмена с карбаматом амина . [8]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Таблица изотопных масс и естественной распространенности" (PDF) . 1999.
  2. ^ «Атомные веса и Международный комитет — исторический обзор». 2004-01-26.
  3. ^ Хойл, Ф. (1954). «О ядерных реакциях, происходящих в очень горячих звездах. I. Синтез элементов от углерода до никеля». Серия приложений к Astrophysical Journal . 1 : 121. Bibcode :1954ApJS....1..121H. doi :10.1086/190005. ISSN  0067-0049.
  4. ^ Freer, M.; Fynbo, HOU (2014). «Состояние Хойла в 12C». Progress in Particle and Nuclear Physics . 78 : 1–23. Bibcode :2014PrPNP..78....1F. doi :10.1016/j.ppnp.2014.06.001.
  5. ^ Alshahrani, B.; Kibédi, T.; Stuchberry, AE; Williams, E.; Fares, S. (2013). «Измерение отношения радиационного ветвления для состояния Хойла с использованием каскадных гамма-распадов». EPJ Web of Conferences . 63 : 01022-1–01022-4. Bibcode : 2013EPJWC..6301022A. doi : 10.1051/epjconf/20136301022 . hdl : 1885/101943 .
  6. ^ Эпельбаум, Э.; Кребс, Х.; Ли, Д.; Мейсснер, У.-Г. (2011). «Ab Initio расчет состояния Хойла». Physical Review Letters . 106 (19): 192501. arXiv : 1101.2547 . Bibcode : 2011PhRvL.106s2501E. doi : 10.1103/PhysRevLett.106.192501. PMID  21668146. S2CID  33827991.
  7. ^ Хьорт-Йенсен, М. (2011). "Точка зрения: углеродный вызов". Физика . Том 4. стр. 38. Bibcode :2011PhyOJ...4...38H. doi : 10.1103/Physics.4.38 .
  8. ^ Кендзи Такешита и Масару Ишидаа (декабрь 2006 г.). «Оптимальное проектирование многоступенчатого процесса разделения изотопов с помощью анализа эксергии». Энергия . 31 (15): 3097–3107. doi :10.1016/j.energy.2006.04.002.

Внешние ссылки