stringtranslate.com

Изотопы углерода

Углерод ( 6С ) имеет 14 известных изотопов , из8
С
к20
С
а также22
С
, из которых12Си13Сстабильны . Самый долгоживущий радиоизотоп -14С, с периодом полураспада5,70(3) × 10 3 лет. Это также единственный радиоизотоп углерода, обнаруженный в природе, поскольку следовые количества образуются космогенно в результате реакции14
Н
+
н
→14
С
+1
ЧАС
. Самый стабильный искусственный радиоизотоп - это11
С
, период полураспада которого составляет20.3402(53) мин . Все остальные радиоизотопы имеют период полураспада менее 20 секунд, большинство менее 200 миллисекунд. Наименее стабильный изотоп —8
С
, с периодом полураспада3,5(1,4) × 10−21 с . Легкие изотопы имеют тенденцию распадаться на изотопы бора , а тяжелые — на  изотопы азота .

Список изотопов


  1. ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) приводится в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  2. ^ Способы распада:
  3. ^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
  4. ^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
  5. ^ # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
  6. ^ Затем распадается с испусканием двойного протона на4
    Он
    для чистой реакции8
    С
    →4
    Он
    + 41
    ЧАС
  7. ^ Немедленно распадается путем испускания протонов на4
    Он
    для чистой реакции9
    С
    → 2 4
    Он
    +1
    ЧАС
    +
    е+
  8. ^ Сразу распадается на два4
    Он
    атомы для чистой реакции9
    С
    → 2 4
    Он
    +1
    ЧАС
    +
    е+
  9. ^ Используется для маркировки молекул при ПЭТ-сканировании.
  10. ^ abc Показанный режим распада энергетически разрешен, но его возникновение в этом нуклиде экспериментально не наблюдалось.
  11. ^ Единая атомная единица массы определяется как 1/12 массы несвязанного атома углерода-12 в его основном состоянии.
  12. ^ Соотношение 12 C к 13 C использовалось для измерения биологической продуктивности в древние времена и различных типов фотосинтеза.
  13. ^ Имеет важное применение в радиодатировании (см. радиоуглеродное датирование ).
  14. ^ В первую очередь космогенные , производимые нейтронами, ударяющими атомы14Н(14
    Н
    +
    н
    →14
    С
    +1
    ЧАС
    )
  15. ^ Имеет 1 гало нейтрона
  16. ^ Имеет 2 гало нейтронов

Углерод-11

Углерод-11 или11
С
является радиоактивным изотопом углерода , который распадается на бор-11 . Этот распад в основном происходит из-за эмиссии позитронов , около 0,19–0,23% распадов вместо этого происходят из-за захвата электронов . [6] [7] Он имеет период полураспада20,3402(53) мин .

11
С
→11Б+е++νе+0,96  МэВ
11
С
+е−→11
Б
+
ν
е+1,98 МэВ

Он производится путем удара азота протонами с энергией около 16,5 МэВ в циклотроне . Вызывает эндотермическую реакцию [8] [9]

14
Н
+п→11
С
+4
Он
− 2,92 МэВ

Его также можно получить путем фрагментации12
С
стреляя высокоэнергетическими12
С
в цель. [10]

Углерод-11 обычно используется в качестве радиоизотопа для радиоактивной маркировки молекул в позитронно-эмиссионной томографии . Среди многих молекул, используемых в этом контексте, есть радиолиганды [11
С
]DASB и [11
С
]Cimbi-5 .

Природные изотопы

В природе существует три изотопа углерода: 12, 13 и 14.12
С
и13
С
стабильны и встречаются в естественной пропорции приблизительно 93:1 .14
С
производится тепловыми нейтронами из космического излучения в верхних слоях атмосферы и переносится на землю, где поглощается живым биологическим материалом. Изотопно,14
С
составляет незначительную часть; но, поскольку он радиоактивен с периодом полураспада5,70(3) × 10 3 лет, это радиометрически обнаруживается. Поскольку мертвая ткань не поглощает14
С
, количество14
С
один из методов, используемых в области археологии для радиометрического датирования биологического материала.

Палеоклимат

12
С
и13
С
измеряются как изотопное отношение δ 13 C в бентосных фораминиферах и используются в качестве показателя круговорота питательных веществ и температурно-зависимого обмена CO 2 между воздухом и морем (вентиляция). [11] Растениям легче использовать более легкие изотопы (12
С
) когда они преобразуют солнечный свет и углекислый газ в пищу. Например, большие скопления планктона (свободно плавающие организмы) поглощают большие объемы12
С
из океанов. Первоначально,12
С
в основном был включен в морскую воду из атмосферы. Если океаны, в которых живет планктон, стратифицированы (то есть есть слои теплой воды наверху и более холодной воды глубже), то поверхностная вода не очень хорошо смешивается с более глубокими водами, так что когда планктон умирает, он тонет и уносит12
С
с поверхности, оставляя поверхностные слои относительно богатыми13
С
. Там, где холодные воды поднимаются из глубин (например, в Северной Атлантике ), вода несет12
С
Вернитесь к этому; когда океан был менее стратифицирован, чем сегодня, там было гораздо больше12
С
в скелетах видов, обитающих на поверхности. Другие индикаторы прошлого климата включают присутствие тропических видов и колец роста кораллов. [12]

Отслеживание источников пищи и рационов питания

Количество различных изотопов можно измерить с помощью масс-спектрометрии и сравнить со стандартом ; результат (например, дельта13
С
= δ13
С
) выражается в частях на тысячу (‰) отклонения от соотношения стандарта: [13]

‰

Обычный стандарт — Peedee Belemnite , сокращенно «PDB», ископаемый белемнит . Из-за нехватки оригинального образца PDB сегодня обычно используется искусственный «виртуальный PDB», или «VPDB». [14]

Стабильные изотопы углерода в углекислом газе используются растениями по-разному в процессе фотосинтеза . [ требуется ссылка ] Травы в умеренном климате ( ячмень , рис , пшеница , рожь и овес , а также подсолнечник , картофель , томаты , арахис , хлопок , сахарная свекла и большинство деревьев и их орехи или фрукты, розы и мятлик луговой ) следуют фотосинтетическому пути C3 , который дает значения δ13C в среднем около −26,5‰. [ требуется ссылка ] Травы в жарком засушливом климате ( в частности, кукуруза , а также просо , сорго , сахарный тростник и росичка ) следуют фотосинтетическому пути C4 , который дает значения δ13C в среднем около −12,5‰. [15]

Из этого следует, что употребление в пищу этих различных растений повлияет на значения δ 13 C в тканях тела потребителя. Если животное (или человек) ест только растения C3, их значения δ 13 C будут от −18,5 до −22,0‰ в их костном коллагене и −14,5‰ в гидроксилапатите их зубов и костей. [16]

Напротив, у питающихся C4 будет значение костного коллагена -7,5‰ и значение гидроксиапатита -0,5‰.

В реальных исследованиях поедателей проса и кукурузы можно легко отличить от поедателей риса и пшеницы. Изучение того, как эти диетические предпочтения распределяются географически с течением времени, может пролить свет на пути миграции людей и пути распространения различных сельскохозяйственных культур. Однако человеческие группы часто смешивали растения C3 и C4 (северные китайцы исторически питались пшеницей и просом) или смешивали группы растений и животных вместе (например, юго-восточные китайцы питались рисом и рыбой). [17]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «Стандартные атомные веса: углерод». CIAAW . 2009.
  2. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). "Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  3. ^ Ван, Мэн; Хуан, ВДж; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки*». Chinese Physics C. 45 ( 3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
  4. ^ abcd Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "Оценка ядерных свойств NUBASE2020" (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  5. ^ ab "Атомный вес углерода". CIAAW .
  6. ^ Скоби, Дж.; Льюис, ГМ (1 сентября 1957 г.). «K-capture in carbon 11». Philosophical Magazine . 2 (21): 1089–1099. Bibcode : 1957PMag....2.1089S. doi : 10.1080/14786435708242737.
  7. ^ Кэмпбелл, Дж. Л.; Лейпер, В.; Ледингем, К. В. Д.; Древер, Р. В. П. (1967-04-11). «Отношение K-захвата к испусканию позитрона при распаде 11 C». Nuclear Physics A. 96 ( 2): 279–287. Bibcode : 1967NuPhA..96..279C. doi : 10.1016/0375-9474(67)90712-9.
  8. ^ «Производство и преобразование углерода-11». Энциклопедия научного сообщества .
  9. ^ Lu, Shuiyu; et al. (18 января 2024 г.). «Превращения газовой фазы в химии углерода-11». Int. J. Mol. Sci . 25 (2): 1167. doi : 10.3390/ijms25021167 . PMC 10816134. PMID  38256240 . 
  10. ^ Дарья Босколо и др. (Сентябрь 2024 г.). «Первое лечение опухоли мыши под контролем изображений с помощью радиоактивных ионных пучков». arXiv : 2409.14898 .
  11. ^ Линч-Стиглиц, Джин; Стокер, Томас Ф.; Брокер, Уоллес С.; Фэрбенкс, Ричард Г. (1995). «Влияние обмена воздух-море на изотопный состав океанического углерода: наблюдения и моделирование». Глобальные биогеохимические циклы . 9 (4): 653–665. Bibcode :1995GBioC...9..653L. doi :10.1029/95GB02574. S2CID  129194624.
  12. ^ Тим Флэннери Создатели погоды: история и будущее изменения климата , The Text Publishing Company, Мельбурн, Австралия. ISBN 1-920885-84-6 
  13. ^ Миллер, Чарльз Б.; Уилер, Патрисия (2012). Биологическая океанография (2-е изд.). Чичестер, Западный Сассекс: John Wiley & Sons, Ltd. стр. 186. ISBN 9781444333022. OCLC  794619582.
  14. ^ Фор, Гюнтер; Менсинг, Тереза ​​М. (2005). "27 Carbon". Изотопы: принципы и применение (третье изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley. ISBN 978-81-265-3837-9.
  15. ^ O'Leary, Marion H. (май 1988 г.). «Изотопы углерода в фотосинтезе» (PDF) . BioScience . 38 (5): 328–336. doi :10.2307/1310735. JSTOR  1310735. S2CID  29110460 . Получено 17 ноября 2022 г. .
  16. ^ Tycot, RH (2004). M. Martini; M. Milazzo; M. Piacentini (ред.). "Стабильные изотопы и диета: вы то, что вы едите" (PDF) . Труды Международной школы физики "Энрико Ферми" Курс CLIV .
  17. ^ Ричард, Хеджес (2006). «Откуда берется наш белок?». British Journal of Nutrition . 95 (6): 1031–2. doi : 10.1079/bjn20061782 . PMID  16768822.