碳的同位素

(重定向自碳-9

原子量:12.0107(8))共有15個已知同位素質量數介於8-22之間,其中有2個是穩定的,其他都具有放射性天然存在的碳同位素有3個,分別是穩定的12C13C和具放射性14C,其中14C在自然界中僅痕量存在,為宇宙射線所產生。其餘同位素都不出現在自然界中,只有在實驗室製造出來過,且半衰期都很短,非常不穩定。

主要的碳同位素
同位素 衰變
丰度 半衰期 (t1/2) 類型 產物
11C 人造 20 min β+ 11B
12C 98.9% 穩定
13C 1.1% 穩定
14C 痕量 5730 y β 14N
標準原子質量英语Standard atomic weight (Ar, 標準)
  • [12.0096, 12.0116][1]
  • 傳統: 12.011
←B5 N7

常見的碳同位素编辑

碳-11编辑

碳-11是碳的一個人造放射性同位素半衰期約20.334分鐘。絕大多數的碳-11會透過β+衰變衰變為-11,其過程會發射出正子,而有少部分的(約0.19–0.23%)的碳-11會透過電子捕獲衰變為硼-11[2][3]

11
C
11
B
+
e+
+
ν
e
+ 0.96 MeV
11
C
+
e
11
B
+
ν
e
+ 1.98 MeV

碳-11可以利用氮透過粒子加速器以下列反應制備:

14
N
+
p
11
C
+ 4
He

正电子发射计算机断层扫描中的放射線標記分子通常會使用含有放射性碳同位素碳-11的放射性分子,例如[11
C
]DASB
英语DASB
[4][11
C
]Cimbi-5
英语25I-NBOMe
[5][6]

碳-12编辑

碳-12是碳的穩定同位素之一。其相對豐度是98.9%,是自然界中最普遍的碳同位素。

碳-13编辑

碳-13是碳的穩定同位素之一。其相對豐度是1.1%。

碳-14编辑

碳-14是碳的放射性同位素之一,半衰期約5730年。碳-14是碳唯一的天然放射性同位素,在自然界中痕量存在,為宇宙射線作用下發生14N + 1n → 14C + 1H反應而產生。

由於碳是有機物所含的元素之一,我們可以根據死亡生物體的體內殘餘碳-14的量來推斷它的存在年齡,稱為放射性碳定年法

圖表编辑

符號 Z(
p
N(
n
同位素質量(u 半衰期 衰變
方式
[7]
衰變
產物
[n 1]
原子核
自旋
相對豐度
莫耳分率)
相對豐度的變化量
莫耳分率)
8C 6 2 8.037675(25) 2.0(4) × 10−21 s
[230(50) keV]
2p 6
Be
[n 2]
0+
9C 6 3 9.0310367(23) 126.5(9) ms β+ (60%) 9
B
[n 3]
(3/2−)
β+, p (23%) 8
Be
[n 4]
β+, α (17%) 5
Li
[n 5]
10C 6 4 10.0168532(4) 19.290(12) s β+ 10
B
0+
11
C
[n 6]
6 5 11.0114336(10) 20.334(24) min β+ (99.79%) 11
B
3/2−
ε (.21%)[2][3] 11
B
12
C
6 6 12 確定的整數[n 7] 稳定 0+ 0.9893(8) 0.98853–0.99037
13
C
[n 8]
6 7 13.0033548378(10) 穩定 1/2− 0.0107(8) 0.00963–0.01147
14
C
[n 9]
6 8 14.003241989(4) 5,730 years β 14
N
0+ 痕量[n 10]天然放射性 <10−12
15C 6 9 15.0105993(9) 2.449(5) s β 15
N
1/2+
16C 6 10 16.014701(4) 0.747(8) s β, n (97.9%) 15
N
0+
β (2.1%) 16
N
17C 6 11 17.022586(19) 193(5) ms β (71.59%) 17
N
(3/2+)
β, n (28.41%) 16
N
18C 6 12 18.02676(3) 92(2) ms β (68.5%) 18
N
0+
β, n (31.5%) 17
N
19C[n 11] 6 13 19.03481(11) 46.2(23) ms β, n (47.0%) 18
N
(1/2+)
β (46.0%) 19
N
β, 2n (7%) 17
N
20C 6 14 20.04032(26) 16(3) ms
[14(+6-5) ms]
β, n (72.0%) 19
N
0+
β (28.0%) 20
N
21C 6 15 21.04934(54)# <30 ns n 20
C
(1/2+)#
22C[n 12] 6 16 22.05720(97)# 6.2(13) ms
[6.1(+14-12) ms]
β 22
N
0+

備註:畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明,只是理論推測而已,而用括號括起來的代表數據不確定性。


同位素列表
硼的同位素 碳的同位素 氮的同位素

註釋编辑

  1. ^ 稳定同位素以粗体显示
  2. ^ 这个同位素会马上发射两个质子成4He,净反应8C -> 4He + 41H
  3. ^ 这个同位素会马上发射一个质子成8Be,后者衰变成两个4He,净反应9C -> 24He + 1H + e+
  4. ^ 这个同位素会马上衰变成两个4He,净反应9C -> 24He + 1H + e+
  5. ^ 这个同位素会马上发射一个质子成4He,净反应9C -> 24He + 1H + e+
  6. ^ 正电子发射计算机断层扫描使用的同位素
  7. ^ 原子质量单位的定义是静止未键结且处于基态的碳-12质量的1/12
  8. ^ 12C和13C的比例英语δ13C用于测量古代生物的生产力和光合作用
  9. ^ 用于放射性碳定年法
  10. ^ 宇宙射线同位素英语cosmogenic,由中子轰击14N而成(14N + 1n -> 14C + 1H)
  11. ^ 有一个晕中子英语halo nucleus
  12. ^ 有两个晕中子

參考文獻编辑

  1. ^ Meija, Juris; et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ 2.0 2.1 Scobie, J.; Lewis, G. M. K-capture in carbon 11. Philosophical Magazine. 1 September 1957, 2 (21): 1089–1099 [27 March 2012]. Bibcode:1957PMag....2.1089S. doi:10.1080/14786435708242737. (原始内容存档于2019-07-24). 
  3. ^ 3.0 3.1 Campbell, J. L.; Leiper, W.; Ledingham, K. W. D.; Drever, R. W. P. The ratio of K-capture to positron emission in the decay of 11C. Nuclear Physics A: 279–287. [27 March 2012]. Bibcode:1967NuPhA..96..279C. doi:10.1016/0375-9474(67)90712-9. (原始内容存档于2015-09-24). 
  4. ^ Sudha Garg; Shankar R. Thopate; Richard C. Minton; Kimberly W. Black; Andrew J. H. Lynch; Pradeep K. Garg. 3-Amino-4-(2-((4-[18F]fluorobenzyl)methylamino)methylphenylsulfanyl)benzonitrile, an F-18 fluorobenzyl analogue of DASB: synthesis, in vitro binding, and in vivo biodistribution studies. Bioconjug Chem. September–October 2007, 18 (5): 1612–1618. PMID 17705553. doi:10.1021/bc070112g. 
  5. ^ Ettrup, A.; Palner, M.; Gillings, N.; Santini, M. A.; Hansen, M.; Kornum, B. R.; Rasmussen, L. K.; Nagren, K.; Madsen, J. Radiosynthesis and Evaluation of 11C-CIMBI-5 as a 5-HT2A Receptor Agonist Radioligand for PET. Journal of Nuclear Medicine. November 2010, 51 (11): 1763–1770 [2018-09-18]. PMID 20956470. doi:10.2967/jnumed.109.074021. (原始内容存档于2018-09-16). 
  6. ^ Martin Hansen. Design and synthesis of selective serotonin receptor agonists for positron emission tomography imaging of the brain. Ph.D. Thesis. Det Farmaceutiske Fakultet, København. 16 December 2010 [2018-09-18]. (原始内容存档于2018-09-16). 
  7. ^ Universal Nuclide Chart . nucleonica. [2015-09-09]. (原始内容存档于2017-02-19).