A szén izotópjai

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. február 7-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 3 szerkesztést igényelnek .

A szén izotópjai a szén kémiai elem atomjainak (és magjainak )  változatai , amelyek eltérő neutrontartalommal rendelkeznek az atommagban. A szénnek két stabil izotópja van  , a 12C és a 13C . Ezeknek az izotópoknak a természetes széntartalma 98,93%, illetve 1,07%. A szénnek 13 radioaktív izotópja is létezik ( 8 C-tól 22 C-ig), ebből egy, 14 C  , megtalálható a természetben (a légköri széntartalma kb. 10 -12 ). Az izomer állapotok ismeretlenek. A szén könnyű elem, izotópjai tömegükben, így fizikai tulajdonságaikban is jelentősen eltérnek egymástól, ezért számos természetes folyamatban szétválnak (frakcionálódnak). A leghosszabb életű radioizotóp 14 C, felezési ideje 5700 év.

A szénizotópok táblázata

Nuklid szimbólum
 Z (p) N ( n ) Izotóp tömege [1]
( a.u.m. ) 		Felezési
idő [2]
( T 1/2 ) 		Bomlási csatorna Bomlástermék Az atommag spinje és paritása [2]
 Az izotóp elterjedtsége
a természetben 		Az izotóp-bőség változásának tartománya a természetben
Gerjesztő energia
8C _ 6 2 8,037643±(20) 3,5(14)⋅10 -21  s
[ 230(50) keV ] 		2p 6 Be 0+
9C _ 6 3 9,0 310 372 ± (23) 126,5 (9) ms β + , p (61,6%) 8 Be 3/2−
β + , α (38,4%) 5Li _
10C _ 6 négy 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 definíció szerint [n 2] stabil 0+ [ 0,9984 , 0,9904 ] [5]
13C _ 6 7 13.00 335 483 534(25) stabil 1/2− [ 0,0096 , 0,0116 ] [6]
14C [ n3 ] 6 nyolc 14.0 032 419 890(4) 5,70 (3)⋅10 3  év β − 14 N 0+ nyomokban <10 −12
15C _ 6 9 15,0 105 993 (9) 2.449. (5) bek β − 15 N 1/2+
16C _ 6 tíz 16.014 701 (4) 750 (6) ms β − , n (99,0%) 15 N 0+
β − (1,0%) 16 N
17C _ 6 tizenegy 17 022 579 (19) 193(6) ms β − (71,6%) 17 N 3/2+
β − , n (28,4%) 16 N
18C _ 6 12 18.02 675 (3) 92 (2) ms β − (68,5%) 18 N 0+
β − , n (31,5%) 17 N
19C _ 6 13 19.03 480(11) 46,2(23) ms β − , n (47%) 18 N 1/2+
β − (46%) 19 N
β − , 2n (7%) 17 N
20 C _ 6 tizennégy 20.04 026(25) 16. (3) ms β − , n (70%) 19 N 0+
β − , 2n (<18,6%) 18 N
β − (>11,4%) 20 N
21C _ 6 tizenöt 21.04 900(64) # < 30 ns n 20 C _ 1/2+#
22C _ 6 16 22.05 755(25) 6,2 (13) ms β − , n (61%) 21 N 0+
β − , 2n (<37%) 20 N
β − (>2%) 22 N


  1. ^ Pozitron emissziós tomográfiához használják .
  2. ↑ Az atomtömeg mértékegysége egy 12 C-os szabadon nyugvó szénatom tömegének 1⁄12 -e alapállapotában.
  3. ↑ Radiokarbonos kormeghatározáshoz használják

Magyarázatok a táblázathoz

Izotóp 14 C

A szén stabil izotópjain kívül a 14 C (radiokarbon) radioaktív izotóp is előfordul a természetben. 14 N neutronnal történő besugárzással jön létre a következő reakció szerint:

A 17 O oxigénizotóp neutronos besugárzása során a nitrogénreakción kívül 14 C is keletkezhet . 17
8O + n →14
6C + α , azonban a légkör 17 O tartalma rendkívül alacsony, és a 14 C képződésnek ezt a módját csak a nukleáris technológiákban veszik figyelembe.

A természetben a 14C képződik a légkörben a légköri nitrogénből -14 kozmikus sugárzás hatására . Alacsony ütemben szén-14 is képződik a földkéregben .

A 14 C egyensúlyi tartalma a Föld légkörében és bioszférájában a stabil szénre vonatkoztatva ~10 -12 . A fosszilis tüzelőanyagok (szén, olaj, gáz) aktív felhasználásának kezdete óta folyamatosan kerül a légkörbe szén-dioxid, amely nem tartalmaz (évmilliók alatt lebomló) radiokarbont, ami a 14 C fokozatos csökkenéséhez vezet. / 12 C arány a légkörben; a légköri szénnek ez a nem radioaktív fosszilis szénnel való hígítása (az úgynevezett Suess-effektus ) azonban az iparosodás kezdete (XVIII. század) óta a légkör fajlagos aktivitásának 14 C-os csökkenéséhez vezetett. 1,5 ... 2,5% [7] , az óceánokban pedig a 14 C fajlagos aktivitása mindössze 0,2%-kal csökkent. Sokkal jelentősebb és drámaibb változás, amely 1945-ben kezdődött, a légkörben bekövetkezett nukleáris és különösen termonukleáris robbanásokhoz köthető, amelyek nagy neutronáramot hoznak létre, és a fenti reakció szerint a légköri nitrogén-14-et szén-14-té alakítják. Ez a hatás az 1960-as évek közepén tetőzött; az északi félteke troposzférájának teljes 14 C- tartalma csaknem megkétszereződött. A légköri nukleáris kísérletek betiltása után a troposzféra 14 C-os tartalma gyorsan ( 12-16 évente kétszeresére ) csökkenni kezdett a troposzféra tározójának a jóval nagyobb kapacitású óceánnal való egyensúlya miatt. mint a légkör, és szinte nem is hatott rá a "bomba" radiokarbon. Mára a 14 C-os légköri tartalom majdnem visszaállt a nukleáris korszak előtti értékre [8] , amely (1950-ben a 14 C fajlagos aktivitását tekintve ) 226 Bq /1 kg légköri szén [9] .

A nukleáris robbanások során kialakuló 14 C a sugárszennyezés egyik jelentős tényezőjévé vált [10] , hiszen a szén részt vesz az élő szervezet anyagcseréjében és felhalmozódhat benne.

Radiokarbonos kormeghatározás

A növényi és állati eredetű szerves anyagok radioaktivitásának mérése a 14 C izotóp miatt az ősi tárgyak és természetes minták korának radiokarbon elemzésére szolgál. A Föld atmoszférájában a 14 C képződési sebességét minden évben az ismert időpontú mintákban, különböző fagyűrűkben stb. mérjük ennek az izotópnak a tartalmával. Ezért a 14 C szénmérlegben való részesedése is ismert. . Egy élő szervezet, amely felszívja a szenet, 14 C-os egyensúlyt tart fenn, amely megegyezik a külvilággal. A halál után a szénmegújulás megszűnik, a 14 C aránya a radioaktív bomlás következtében fokozatosan csökken. Egy mintában a 14 C mennyiségének meghatározásával a tudósok megbecsülhetik, mennyi ideig élt a szervezet.

Szén-izotóp-szabványok

A szén izotóp-összetételének leírására a PDB szabványt használjuk, melynek neve a dél-karolinai ( USA ) Peedee Formáció belemniteséből származik. Ezeket a belemniteket nagyon homogén izotóp-összetételük miatt választottuk standardnak.

A szénizotópok frakcionálása a természetben

A természetben a szénizotópok szétválása intenzíven megy végbe viszonylag alacsony hőmérsékleten. A fotoszintézis során a növények szelektíven elnyelik a szén fényizotópját. A frakcionálás mértéke a szénmegkötés biokémiai mechanizmusától függ. A legtöbb növény intenzíven 12 C-ot halmoz fel, és ennek az izotópnak a relatív tartalma összetételében 15-25  ‰-vel magasabb, mint a légkörben. Ugyanakkor a sztyeppei tájakon leggyakrabban előforduló gabonanövények 12 C-ban gyengén dúsulnak, és csak 3-8 ‰-kal térnek el a légkör összetételétől.

A szénizotópok frakcionálása akkor következik be, amikor a CO 2 vízben feloldódik és elpárolog, kristályosodik stb.

Számos tudományos munka foglalkozik a gyémántok szénizotóp-összetételével .

Jegyzetek

  1. ↑ Wang M. , Audi G. , Kondev FG , Huang WJ , Naimi S. , Xu X. Az Ame2016 atomtömeg-értékelés adatai (I). bemeneti adatok kiértékelése; és beállítási eljárások (angol)  // Chinese Physics C. - 2016. - Vol. 41 , iss. 3 . - P. 030002-1-030002-344 . - doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030002 .  
  2. ↑ 1 2 Adatok Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH alapján A NUBASE értékelése a nukleáris és bomlási tulajdonságokról  // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .Nyílt hozzáférésű
  3. ↑ Scobie J., Lewis GM K-capture in carbon 11  //  Philosophical Magazine. - 1957. - 1. évf. 2 , iss. 21 . — P. 1089–1099 . - doi : 10.1080/14786435708242737 . - .
  4. ↑ Campbell JL, Leiper W., Ledingham KWD, Drever RWP The ratio of K-capture to pozitronemission in the decay of 11 C  //  Nuclear Physics A. - 1967. - Vol. 96 , iss. 2 . — P. 279–287 . - doi : 10.1016/0375-9474(67)90712-9 . — .
  5. ↑ A szén atomi tömege . CIAAW .
  6. ↑ A hidrogén atomi tömege . CIAAW . Letöltve: 2021. június 24.
  7. ↑ Tans PP , De Jong AFM , Mook WG Természetes légköri 14 C-os variáció és a Suess-effektus   // Nature . - 1979. - 1. évf. 280 , sz. 5725 . - P. 826-828 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/280826a0 .
  8. ↑ Hua Q. , Barbetti M. , Rakowski AZ Atmospheric Radiocarbon for the Period 1950–2010   // Radiocarbon . - 2013. - Kt. 55 , sz. 4 . - P. 2059-2072 . — ISSN 0033-8222 . - doi : 10.2458/azu_js_rc.v55i2.16177 .
  9. ↑ A szén-14 és a környezet . Sugárvédelmi és Nukleáris Biztonsági Intézet. Archiválva az eredetiből 2015. április 18-án.
  10. ↑ Szaharov A. D. Atomrobbanások és NEM KÜSZÖBSZÉN BIOLÓGIAI HATÁSOK RADIOAKTÍV SZÉNE

Linkek

 A szén izotópjai
Instabil (kevesebb, mint egy nap): 8 C: szén-8 , 9 C: szén-9 , 10 C: szén-10 , 11 C: szén-11 Stabil: 12 C: Szén-12 , 13 C: Szén-13 10-10 000 év: 14 C: Szén-14 Instabil (kevesebb, mint egy nap) : 15 C: szén-15 , 16 C: szén-16 , 17 C: szén-17 , 18 C: szén-18 , 19 C: szén-19 , 20 C: szén-20 , 21 C: szén-21 , 22 C: szén-22
Lásd még. Szén , Nuklidok táblázat
 izotópok
  egy 2                             3 négy 5 6 7 nyolc 9 tíz tizenegy 12 13 tizennégy tizenöt 16 17 tizennyolc
egy x H   x Ő
2 x Li x Legyen   x B x C x N x O x F x Ne
3 x Na xMg_ _   x Al x Si x P x S xCl_ _ x Ar
négy x K x kb   x Sc x Ti x V xCr_ _ xMn_ _ x Fe x Co x Ni x Cu xZn_ _ x Ga x Ge xAs _ x Se xBr _ xKr _
5 xRb _ xSr_ _   x Y xZr_ _ xNb _ x Mo x Tc x Ru x Rh x Pd xAg_ _ x CD x Be x Sn x Sb x Te x I x Xe
6 x Cs x Ba x La x Ce x Pr xNd_ _ x pm xSm_ _ xEu_ _ x Gd xTb _ xDy_ _ x Ho x Er x Tm x Yb x Lu x Hf x Ta x W x Re xOs _ xIr_ _ xPt _ xAu _ x Hg xTl_ _ xPb _ x Bi x Po x At xRn_ _
7 xFr_ _ x Ra x AC xth _ xPa _ x U xNp _ x Pu x Am x cm xBk_ _ x Vö x Es xFm_ _ xMd_ _ x Nem xLr_ _ xRf_ _ xDb _ xSg_ _ x Bh x Hs x Mt xDs_ _ xRg_ _ x Cn xNh_ _ xFl_ _ x Mc xLv_ _ x Ts xOg_ _
 
alkálifémek alkáliföldfémek Lantanidész aktinidák átmeneti fémek
könnyűfémek _ Félfémek nem fémek Halogének nemesgázok Tulajdonságok ismeretlenek