Isótopos de carbono

Átomos de carbono estables que tienen el mismo número atómico que el elemento carbono, pero difieren en peso atómico. C-13 es un isótopo de carbono estable.

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Isótopos principales de carbono  ( ₆ C)

Isótopo Decaer abundancia vida media ( t 1/2 ) modo producto 11 C syn 20,3402 (53) min β + 11 B 12 C [0,9884 , 0.9904 ] estable 13 C [0,0096 , 0.0116 ] estable 14 C 1 ppt 5,70 (3) × 10 3  y β - 14 N
Peso atómico estándar A r, estándar (C)	[12.0096 , 12.0116 ] convencional: 12.011 [1] [2]
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El carbono ( ₆ C) tiene 15 isótopos conocidos , de ⁸ C a ²² C, de los cuales ¹² C y ¹³ C son estables . El radioisótopo de vida más larga es el ¹⁴ C , con una vida media de 5.730 años. Este es también el único radioisótopo de carbono que se encuentra en la naturaleza; se forman trazas de forma cosmogénica por la reacción ¹⁴ N + ¹ n → ¹⁴ C + ¹ H. El radioisótopo artificial más estable es ¹¹C, que tiene una vida media de 20,364 minutos. Todos los demás radioisótopos tienen vidas medias de menos de 20 segundos, la mayoría de menos de 200 milisegundos. El isótopo menos estable es ⁸ C, con una vida media de 2.0 x 10 ⁻²¹  s.

Lista de isótopos

Nuclido [3]	Z	norte	Masa isotópica ( Da ) [4] [n 1]	Vida media [ ancho de resonancia ]	Modo de caída [n 2]	Hija isótopo [n 3]	Spin y paridad [n 4] [n 5]	Abundancia natural (fracción molar)
								Proporción normal	Rango de variación
8 C	6	2	8.037643 (20)	3,5 (1,4) × 10 −21 s [230 (50) keV]	2p	6 Ser [n 6]	0+
9 C	6	3	9.0310372 (23)	126,5 (9) ms	β + , p (61,6%)	8 Ser [n 7]	(3 / 2−)
					β + , α (38,4%)	5 Li [n 8]
10 C	6	4	10.01685322 (8)	19.3009 (17) s	β +	10 B	0+
11 C [n 9]	6	5	11.01143260 (6)	20,364 (14) min	β + (99,79%)	11 B	3 / 2−
					CE (0,21%) [5] [6]	11 B
12 C	6	6	12 exactamente [n 10]	Estable			0+	0.9893 (8)	0.98853–0.99037
13 C [n 11]	6	7	13.00335483521 (23)	Estable			1 / 2−	0.0107 (8)	0,00963–0,01147
14 C [n 12]	6	8	14.003241988 (4)	5.730 años	β -	14 norte	0+	Seguimiento [n 13]	<10 −12
15 C	6	9	15.0105993 (9)	2.449 (5) s	β -	15 norte	1/2 +
16 C	6	10	16.014701 (4)	0,747 (8) s	β - , n (97,9%)	15 norte	0+
					β - (2,1%)	dieciséis norte
17 C	6	11	17.022579 (19)	193 (5) ms	β - (71,6%)	17 norte	(3/2 +)
					β - , n (28,4%)	dieciséis norte
18 C	6	12	18.02675 (3)	92 (2) ms	β - (68,5%)	18 norte	0+
					β - , n (31,5%)	17 norte
19 C [n 14]	6	13	19.03480 (11)	46,2 (23) ms	β - , n (47,0%)	18 norte	(1/2 +)
					β - (46,0%)	19 norte
					β - , 2n (7%)	17 norte
20 C	6	14	20.04026 (25)	16 (3) ms [14 (+ 6-5) ms]	β - , n (70%)	19 norte	0+
					β - (30%)	20 norte
21 C	6	15	21.04900 (64) #	<30 ns	norte	20 C	(1/2 +) #
22 C [n 15]	6	dieciséis	22.05755 (25)	6,2 (13) ms [6,1 (+ 14-12) ms]	β -	22 norte	0+
Este encabezado y pie de página de la tabla: vista

1. () - La incertidumbre (1 σ ) se da de forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
2. Modos de descomposición:

   CE:	Captura de electrones
   norte:	Emisión de neutrones
   pag:	Emisión de protones

3. Símbolo en negrita como hija: el producto secundario es estable.
4. () valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.
5. # - Los valores marcados con # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
6. Posteriormente decae por emisión doble de protones a ⁴ He para una reacción neta de ⁸ C → ⁴ He + 4 ¹ H
7. Inmediatamente se descompone en dosátomos de ⁴ He para una reacción neta de ⁹ C → 2 ⁴ He + ¹ H + e ⁺
8. Inmediatamente se desintegra por emisión de protones a ⁴ He para una reacción neta de ⁹ C → 2 ⁴ He + ¹ H + e ⁺
9. Se utiliza para etiquetar moléculas en tomografías por emisión de positrones
10. La unidad de masa atómica unificada se define como 1/12 de la masa de un átomo libre de carbono-12 en el estado fundamental.
11. Proporción de 12 C a 13 C utilizada para medir la productividad biológica en la antigüedad y diferentes tipos de fotosíntesis
12. Tiene un uso importante en la radiodatación (ver datación por carbono )
13. Principalmente cosmogénico , producido por neutrones que golpean átomos de 14 N ( ¹⁴ N + ¹ n → ¹⁴ C + ¹ H)
14. Tiene 1 halo neutrón
15. Tiene 2 neutrones halo

Carbono-11

El carbono-11 o el ¹¹ C es un isótopo radiactivo del carbono que se desintegra en boro-11 . Esta desintegración se produce principalmente debido a la emisión de positrones , y alrededor del 0,19-0,23% de las desintegraciones ocurren por captura de electrones . ^{[5] [6]} Tiene una vida media de 20,364 minutos.

¹¹
C
→ 11B + mi+ + νmi + 0,96  MeV

¹¹
C
+ mi- → 11B + νmi + 1,98  MeV

Se produce a partir de nitrógeno en un ciclotrón por la reacción

¹⁴
norte
+ pag → ¹¹
C
+ ⁴
Él

El carbono-11 se usa comúnmente como radioisótopo para el marcaje radiactivo de moléculas en la tomografía por emisión de positrones . Entre las muchas moléculas utilizadas en este contexto se encuentran los radioligandos [11C] DASB y [11C] Cimbi-5 .

Isótopos naturales

Artículos principales: Carbono-12 , Carbono-13 y Carbono-14

Hay tres isótopos de carbono naturales : 12, 13 y 14. ¹² C y ¹³ C son estables y se encuentran en una proporción natural de aproximadamente 93: 1 . ^{El 14} C es producido por neutrones térmicos de la radiación cósmica en la atmósfera superior y es transportado a la Tierra para ser absorbido por material biológico vivo. Isotópicamente, el ¹⁴ C constituye una parte insignificante; pero, dado que es radiactivo con una vida media de 5.700 años, es detectable radiométricamente. Dado que el tejido muerto no absorbe ¹⁴ C, la cantidad de ¹⁴ C es uno de los métodos utilizados dentro del campo de la arqueología para la datación radiométrica. de material biológico.

Paleoclima

¹² C y ¹³ C se miden como la proporción de isótopos δ 13 C en los foraminíferos bentónicos y se utilizan como una aproximación para el ciclo de nutrientes y el intercambio aire-mar dependiente de la temperatura de CO ₂ (ventilación) ( Lynch-Stieglitz et al., 1995). A las plantas les resulta más fácil utilizar los isótopos más ligeros ( ¹² C) cuando convierten la luz solar y el dióxido de carbono en alimento. Entonces, por ejemplo, las grandes floraciones de plancton (organismos que flotan libremente) absorben grandes cantidades de ¹² C de los océanos. Originalmente, el ¹²El C se incorporó principalmente al agua de mar procedente de la atmósfera. Si los océanos en los que vive el plancton están estratificados (lo que significa que hay capas de agua cálida cerca de la parte superior y agua más fría más abajo), entonces el agua superficial no se mezcla mucho con las aguas más profundas, de modo que cuando el plancton muere , se hunde y quita ¹² C de la superficie, dejando las capas superficiales relativamente ricas en ¹³ C. Donde las aguas frías brotan de las profundidades (como en el Atlántico norte), el agua lleva ¹² C de regreso. Entonces, cuando el océano estaba menos estratificado que hoy, había mucho más ¹²C en los esqueletos de especies que habitan en la superficie. Otros indicadores del clima pasado incluyen la presencia de especies tropicales, anillos de crecimiento de coral, etc. ^[7]

Rastrear fuentes de alimentos y dietas

Las cantidades de los diferentes isótopos pueden medirse mediante espectrometría de masas y compararse con un patrón ; el resultado (por ejemplo, el delta del ¹³ C = δ ¹³ C) se expresa como partes por mil (‰): ^[8]

${\displaystyle \delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{sample}}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{standard}}}}-1\right)\times 1000}$ ‰

Los isótopos de carbono estables en el dióxido de carbono son utilizados diferencialmente por las plantas durante la fotosíntesis . ^{[ cita requerida ] Los} pastos en climas templados ( cebada , arroz , trigo , centeno y avena , además de girasol , papa , tomates , maní , algodón , remolacha azucarera y la mayoría de los árboles y sus nueces / frutas, rosas y pasto azul de Kentucky ) siguen un C3 vía fotosintéticaque producirá valores de δ ¹³ C con un promedio de −26,5 ‰. ^{[ cita requerida ] Los} pastos en climas cálidos y áridos ( maíz en particular, pero también mijo , sorgo , caña de azúcar y crabgrass ) siguen una ruta fotosintética C4 que produce valores de δ ¹³ C con un promedio de −12,5 ‰. ^[9]

De ello se deduce que comer estas diferentes plantas afectará a los valores de δ ¹³ C en los tejidos corporales del consumidor. Si un animal (o ser humano) come solo plantas C3, sus valores de δ ¹³ C serán de -18,5 a -22,0 ‰ en su colágeno óseo y de −14,5 ‰ en la hidroxiapatita de sus dientes y huesos. ^[10]

Por el contrario, los alimentadores C4 tendrán colágeno óseo con un valor de −7,5 ‰ y un valor de hidroxiapatita de −0,5 ‰.

En estudios de casos reales, los consumidores de mijo y maíz pueden distinguirse fácilmente de los consumidores de arroz y trigo. Estudiar cómo estas preferencias dietéticas se distribuyen geográficamente a lo largo del tiempo puede iluminar las rutas de migración de las personas y las rutas de dispersión de diferentes cultivos agrícolas. Sin embargo, los grupos humanos a menudo han mezclado plantas C3 y C4 (el norte de China subsistió históricamente con trigo y mijo), o grupos mixtos de plantas y animales (por ejemplo, el sudeste de China subsistiendo a base de arroz y pescado). ^[11]

Ver también

• Datación por radiocarbono
• Isótopos cosmogénicos
• Isótopos ambientales
• Firma isotópica

Referencias

1. "Pesos atómicos estándar: carbono" . CIAAW . 2009.
2. Meija, Juris; et al. (2016). "Pesos atómicos de los elementos 2013 (Informe técnico IUPAC)" . Química pura y aplicada . 88 (3): 265–91. doi : 10.1515 / pac-2015-0305 .
3. La vida media, el modo de descomposición, el espín nuclear y la composición isotópica se obtienen en: Audi, G .; Kondev, FG; Wang, M .; Huang, WJ; Naimi, S. (2017). "La evaluación NUBASE2016 de las propiedades nucleares" (PDF) . Física C china . 41 (3): 030001. Código bibliográfico : 2017ChPhC..41c0001A . doi : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 .
   
4. Wang, M .; Audi, G .; Kondev, FG; Huang, WJ; Naimi, S .; Xu, X. (2017). "La evaluación de la masa atómica AME2016 (II). Tablas, gráficos y referencias" (PDF) . Física C china . 41 (3): 030003-1–030003-442. doi : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030003 .
5. Scobie, J .; Lewis, GM (1 de septiembre de 1957). "Captura de K en carbono 11". Revista Filosófica . 2 (21): 1089–1099. Código bibliográfico : 1957PMag .... 2.1089S . doi : 10.1080 / 14786435708242737 .
6. Campbell, JL; Leiper, W .; Ledingham, KWD; Drever, RWP (11 de abril de 1967). "La relación entre la captura de K y la emisión de positrones en la desintegración de ¹¹ C". Física Nuclear A . 96 (2): 279–287. Código bibliográfico : 1967NuPhA..96..279C . doi : 10.1016 / 0375-9474 (67) 90712-9 .
7. Tim Flannery Los creadores del tiempo: la historia y el futuro del cambio climático , The Text Publishing Company, Melbourne, Australia. ISBN 1-920885-84-6 
8. Miller, Charles B .; Wheeler, Patricia (2012). Oceanografía biológica (2ª ed.). Chichester, West Sussex: John Wiley & Sons, Ltd. p. 186. ISBN 9781444333022. OCLC  794619582 .
9. https://www.ldeo.columbia.edu/~polissar/OrgGeochem/oleary-1988-carbon-isotopes.pdf
10. Tycot, RH (2004). M. Martini; M. Milazzo; M. Piacentini (eds.). "Isótopos estables y dieta: eres lo que comes" (PDF) . Actas de la Escuela Internacional de Física "Enrico Fermi" Curso CLIV .
11. Richard, Hedges (2006). "¿De dónde viene nuestra proteína?" . Revista británica de nutrición . 95 (6): 1031–2. doi : 10.1079 / bjn20061782 . PMID 16768822 .