碳的同位素

原子量:12.0107(8))共有15個已知同位素,其中有2個(12C與13C)是穩定的,其他都具有放射性。14C是碳唯一的天然放射性同位素,在宇宙線作用下發生14N + 1n → 14C + 1H反應而產生,半衰期為5700年。

主要的碳同位素
同位素 衰變
丰度 半衰期 (t1/2) 類型 產物
11C 放射性 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 (Ar, 標準)
  • [12.0096, 12.0116][1]
  • 傳統: 12.011
←B5 N7

常見的碳同位素

碳-11

碳-11是碳的一個放射性同位素,會衰變為硼-11,半衰期約20.334分鐘。絕大多數的碳-11會透過β+衰變衰變為硼-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
[4][11
C
]Cimbi-5
[5][6]

圖表

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

  1. Bold for stable isotopes
  2. Subsequently decays by double proton emission to 4He for a net reaction of 8C -> 4He + 41H
  3. Immediately decays by proton emission to 8Be, which immediately decays to two 4He atoms for a net reaction of 9C -> 24He + 1H + e+
  4. Immediately decays into two 4He atoms for a net reaction of 9C -> 24He + 1H + e+
  5. Immediately decays by proton emission to 4He for a net reaction of 9C -> 24He + 1H + e+
  6. Used for labeling molecules in 正电子发射计算机断层扫描
  7. The 原子质量单位 is defined as 1/12 the mass of an unbound atom of carbon-12 at ground state
  8. Ratio of 12C to 13C used to measure biological productivity in ancient times and differing types of 光合作用
  9. Has an important use in 放射性定年法 (see 放射性碳定年法)
  10. Primarily cosmogenic, produced by 中子s striking atoms of 14N (14N + 1n -> 14C + 1H)
  11. Has 1 halo neutron
  12. Has 2 halo neutrons

參考文獻

  1. Meija, Juris; 等. . Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. Scobie, J.; Lewis, G. M. . 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. Campbell, J. L.; Leiper, W.; Ledingham, K. W. D.; Drever, R. W. P. . 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. . 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. . 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. . Ph.D. Thesis. Det Farmaceutiske Fakultet, København. 16 December 2010 [2018-09-18]. (原始内容存档于2018-09-16).
  7. . nucleonica. [2015-09-09]. (原始内容存档于2017-02-19). .
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