Hiilen isotoopit
Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 7. helmikuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta .Hiilen isotoopit ovat kemiallisen alkuaineen hiilen atomien (ja ytimien ) lajikkeita , joilla on erilainen neutronipitoisuus ytimessä. Hiilellä on kaksi stabiilia isotooppia , 12C ja 13C . Näiden isotooppien pitoisuus luonnollisessa hiilessä on 98,93 % ja 1,07 %. Hiilestä löytyy myös 13 radioaktiivista isotooppia ( 8 - 22 C), joista yksi, 14 C , löytyy luonnosta (sen pitoisuus ilmakehän hiilessä on noin 10 -12 ). Isomeeriset tilat ovat tuntemattomia. Hiili on kevyt alkuaine, ja sen isotoopit eroavat merkittävästi massaltaan ja siten fysikaalisista ominaisuuksistaan, minkä vuoksi ne monissa luonnollisissa prosesseissa erotetaan (fraktioidaan). Pisin elinikäinen radioisotooppi on 14 C ja puoliintumisaika 5700 vuotta.
Hiilen isotooppitaulukko
| Nuklidi symboli |
Z (p) | N ( n ) | Isotooppimassa [1] ( a.u.m. ) |
Puoliintumisaika [ 2] ( T 1/2 ) |
Decay kanava | Hajoamistuote | Ytimen spin ja pariteetti [2] |
Isotoopin esiintyvyys luonnossa |
Isotooppien runsauden muutoksien vaihteluväli luonnossa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Herätysenergia | |||||||||
| 8C _ | 6 | 2 | 8,037643±(20) | 3,5(14)⋅10 -21 s [ 230(50) keV ] |
2p | 6 Ole | 0+ | ||
| 9C _ | 6 | 3 | 9,0 310 372 ± (23) | 126,5(9) ms | β + , p (61,6 %) | 8 Ole | 3/2− | ||
| β + , α (38,4 %) | 5Li_ _ | ||||||||
| 10C _ | 6 | neljä | 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 määritelmän mukaan [n 2] | vakaa | 0+ | [ 0,9984 , 0,9904 ] [5] | |||
| 13C _ | 6 | 7 | 13.00 335 483 534(25) | vakaa | 1/2− | [ 0,0096 , 0,0116 ] [6] | |||
| 14C [ n3 ] | 6 | kahdeksan | 14.0 032 419 890(4) | 5,70(3)⋅10 3 vuotta | β − | 14 N | 0+ | jälkiä | <10 -12 |
| 15C _ | 6 | 9 | 15.0 105 993(9) | 2.449(5) s | β − | 15 N | 1/2+ | ||
| 16C _ | 6 | kymmenen | 16 014 701(4) | 750(6) ms | β − , n (99,0 %) | 15 N | 0+ | ||
| β − (1,0 %) | 16 N | ||||||||
| 17C _ | 6 | yksitoista | 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 | ||||||||
| 20C _ | 6 | neljätoista | 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 | viisitoista | 21.04 900(64) # | < 30 ns | n | 20C _ | 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
| ||||||||
- ^ Käytetään positroniemissiotomografiassa .
- ↑ Atomimassayksikkö määritellään 1⁄12:ksi vapaassa levossa olevan hiiliatomin massasta 12 C perustilassaan.
- ↑ Käytetään radiohiilidataukseen
Taulukon selitykset
- Indeksit 'm', 'n', 'p' (symbolin vieressä) osoittavat nuklidin virittyneitä isomeerisiä tiloja.
- Lihavoidut symbolit osoittavat stabiileja hajoamistuotteita. Lihavoidut kursiivilla merkityt symbolit tarkoittavat radioaktiivisia hajoamistuotteita, joiden puoliintumisajat ovat verrattavissa Maan ikään tai sitä pidemmät ja joita siksi esiintyy luonnollisessa seoksessa.
- Hashilla (#) merkityt arvot eivät ole johdettu pelkästään kokeellisista tiedoista, vaan ne on (ainakin osittain) arvioitu naapurinuklidien systemaattisista trendeistä (samalla Z- ja N -suhteella ). Epävarmuusspin ja/tai pariteettiarvot on suljettu suluissa.
- Epävarmuus annetaan suluissa olevana numerona, joka ilmaistaan viimeisen merkitsevän numeron yksiköissä, tarkoittaa yhtä keskihajontaa (poikkeuksena isotoopin runsaus ja standardiatomimassa IUPAC -tietojen mukaan, jolle on monimutkaisempi epävarmuuden määritelmä käytetty). Esimerkit: 29770,6(5) tarkoittaa 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) tarkoittaa 21,48 ± 0,15; −2200.2(18) tarkoittaa −2200.2 ± 1.8.
Isotooppi 14 C
Hiilen stabiilien isotooppien lisäksi luonnossa esiintyy radioaktiivista isotooppia 14 C (radiohiili). Se muodostuu säteilyttämällä 14 N neutronilla seuraavan reaktion mukaisesti:
Typpireaktion lisäksi 14 C voi muodostua happi -isotoopin 17 O neutronisäteilytyksen aikana reaktion vaikutuksesta. 17
8O + n →14
6C + α 17 O:n pitoisuus ilmakehässä on kuitenkin erittäin alhainen ja tämä 14 C:n muodostumistapa otetaan huomioon vain ydinteknologioissa.
Luonnossa 14C muodostuu ilmakehässä ilmakehän typestä -14 kosmisen säteilyn vaikutuksesta . Hiili-14 muodostuu myös alhaisella nopeudella maankuoreen .
14 C:n tasapainopitoisuus Maan ilmakehässä ja biosfäärissä suhteessa stabiiliin hiileen on ~10 −12 . Fossiilisten polttoaineiden (hiili, öljy, kaasu) aktiivisen käytön alusta lähtien ilmakehään on päässyt jatkuvasti hiilidioksidia, joka ei sisällä radiohiiltä (hajoaa miljoonien vuosien aikana), mikä johtaa asteittaiseen 14 C :n laskuun. / 12 C suhde ilmakehässä; kuitenkin tämä ilmakehän hiilen laimentaminen ei-radioaktiivisella fossiilisella hiilellä (ns. Suess-ilmiö ) on johtanut teollistumisen alusta (XVIII vuosisadalla) lähtien 14 C:n ominaisaktiivisuuden laskuun ilmakehässä vain 1,5 ... 2,5 % [7] , ja valtamerissä 14 C:n ominaisaktiivisuus väheni vain 0,2 %. Paljon merkittävämpi ja dramaattisempi muutos, joka alkoi vuonna 1945, liittyy ydin- ja erityisesti lämpöydinräjähdyksiin ilmakehässä, jotka synnyttävät suuren neutronivuon ja muuttavat ilmakehän typpi-14:n hiili-14:ksi yllä olevan reaktion mukaisesti. Tämä vaikutus saavutti huippunsa 1960-luvun puolivälissä; 14 C:n kokonaispitoisuus pohjoisen pallonpuoliskon troposfäärissä lähes kaksinkertaistui. Ilmakehän ydinkokeiden kiellon jälkeen troposfäärin 14 C:n pitoisuus alkoi laskea nopeasti (kaksinkertainen lasku 12-16 vuoden välein ) johtuen troposfäärin säiliön tasapainosta valtameren kanssa, jonka kapasiteetti on paljon suurempi. kuin ilmakehässä, eikä "pommi" radiohiili juuri vaikuttanut siihen. Tähän mennessä ilmakehän 14 C:n pitoisuus on lähes palannut ydinvoimaa edeltäneeseen aikakauteen [8] , joka oli (vuonna 1950 ominaisaktiivisuutena 14 C) 226 Bq 1 kg:aa kohden. ilmakehän hiili [9] .
14 C: n muodostumisesta ydinräjähdysten aikana on tullut yksi merkittävistä säteilysaasteen tekijöistä [10] , koska hiili osallistuu elävän organismin aineenvaihduntaan ja voi kerääntyä siihen.
Radiohiilidataus
Kasvi- ja eläinperäisten orgaanisten aineiden radioaktiivisuuden mittausta isotoopista 14 C käytetään muinaisten esineiden ja luonnonnäytteiden iän radiohiilianalyysiin. 14 C:n muodostumisnopeus Maan ilmakehässä kunakin vuonna mitataan tämän isotoopin pitoisuudella näytteissä, joiden päivämäärät ovat tiedossa, erilaisissa puurenkaissa jne. Siksi tiedetään myös 14 C:n osuus hiilitaseesta. . Elävä organismi, joka imee hiiltä, ylläpitää 14 C:n tasapainoa, joka on identtinen ulkomaailman kanssa. Kuoleman jälkeen hiilen uusiutuminen lakkaa ja 14 C:n osuus pienenee vähitellen radioaktiivisen hajoamisen seurauksena. Määrittämällä 14 C:n määrän näytteestä tiedemiehet voivat arvioida, kuinka kauan sitten organismi eli.
Hiilen isotooppistandardit
Hiilen isotooppisen koostumuksen kuvaamiseen käytetään PDB-standardia, jonka nimi tulee Etelä-Carolinan ( USA ) Peedee-muodostelman belemniiteistä . Nämä belemniitit valittiin standardiksi niiden hyvin homogeenisen isotooppisen koostumuksen vuoksi.
Hiilen isotooppien fraktiointi luonnossa
Luonnossa hiilen isotooppien erottuminen tapahtuu intensiivisesti suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa. Fotosynteesin aikana kasvit absorboivat selektiivisesti hiilen valoisotoopin. Fraktiointiaste riippuu hiilen sitomisen biokemiallisesta mekanismista. Useimmat kasvit kerääntyvät intensiivisesti 12 C, ja tämän isotoopin suhteellinen pitoisuus niiden koostumuksessa on 15–25 ‰ korkeampi kuin ilmakehässä. Samaan aikaan aromaisemissa yleisimmät viljakasvit rikastuvat heikosti 12 C:ssa ja poikkeavat ilmakehän koostumuksesta vain 3–8 ‰.
Hiilen isotooppien fraktiointi tapahtuu, kun CO 2 liukenee veteen ja haihtuu, kiteytyy jne.
Suuri määrä tieteellisiä töitä on omistettu timanttien hiili-isotooppikoostumukselle .
Muistiinpanot
- ↑ Wang M.:n , Audi G.:n , Kondev FG :n , Huang WJ :n , Naimi S.:n ja Xu X :n tiedot. The Ame2016 atomimassan arviointi (I). syöttötietojen arviointi; ja säätömenettelyt (englanniksi) // Chinese Physics C. - 2016. - Vol. 41 , iss. 3 . - P. 030002-1-030002-344 . - doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030002 .
- ↑ 1 2 Data perustuu Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH NUBASE-arviointi ydin- ja hajoamisominaisuuksista // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
- ↑ Scobie J., Lewis GM K-kaappaus hiilessä 11 // Philosophical Magazine. - 1957. - Voi. 2 , iss. 21 . — s. 1089–1099 . - doi : 10.1080/14786435708242737 . - .
- ↑ Campbell JL, Leiper W., Ledingham KWD, Drever RWP K-kaappauksen suhde positronipäästöihin 11 C :n hajoamisessa // Nuclear Physics A. - 1967. - Voi. 96 , iss. 2 . — s. 279–287 . - doi : 10.1016/0375-9474(67)90712-9 . - .
- ↑ Hiilen atomipaino . CIAAW .
- ↑ Vedyn atomipaino . CIAAW . Haettu: 24.6.2021.
- ↑ Tans PP , De Jong AFM , Mook WG Luonnollinen ilmakehän 14 C vaihtelu ja Suess -efekti // Luonto . - 1979. - Voi. 280 , no. 5725 . - s. 826-828 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/280826a0 .
- ↑ Hua Q. , Barbetti M. , Rakowski AZ Atmospheric Radiocarbon for Period 1950–2010 // Radiocarbon . - 2013. - Vol. 55 , nro. 4 . - s. 2059-2072 . — ISSN 0033-8222 . - doi : 10.2458/azu_js_rc.v55i2.16177 .
- ↑ Hiili-14 ja ympäristö . Säteilyturvallisuuden ja ydinturvallisuuden instituutti. Arkistoitu alkuperäisestä 18. huhtikuuta 2015.
- ↑ Saharov A. D. YDINRÄJÄHDISTEN RADIOAKTIIVINEN HIILI
Linkit
| Hiilen isotoopit | |
|---|---|
| Epävakaa (alle päivä): 8 C: hiili-8 , 9 C: hiili-9 , 10 C: hiili-10 , 11 C: hiili-11 Stabiili: 12 C: Hiili-12 , 13 C: Hiili-13 10-10 000 vuotta: 14 C: Hiili-14 Epästabiili (alle päivä) : 15 C: Hiili-15 , 16 C: Hiili-16 , 17 C: Hiili-17 , 18 C: Hiili-18 , 19 C: Hiili-19 , 20 C: Hiili-20 , 21 C: Hiili-21 , 22 C: Hiili-22 | |
| Katso myös. Hiili , Nukliditaulukko | |