炭素の同位体

炭素の同位体には、炭素8から炭素22まで15種類が知られており、そのうち2種類︵炭素12と炭素13︶が安定である。長寿命の放射性同位体である炭素14の半減期は5700年である。これは天然でみられる唯一の炭素の放射性同位体で、宇宙線との相互作用による¹⁴N + ¹n → ¹⁴C + ¹Hという反応で、痕跡量が生成している。最も安定な人工放射性同位体は炭素11で、半減期は20.334分である。その他の全ての放射性同位体の半減期は20秒以下であり、ほとんどが200ミリ秒以下である。最も不安定な同位体は炭素8で、半減期は10×10^-²¹秒である。天然の存在量の平均をとった、炭素の標準原子量は、12.0107(8) uである。

炭素11[編集]

炭素11は、炭素の放射性同位体である。約99%は陽電子放出してホウ素11に、0.19-0.23%は電子捕獲してやはりホウ素11に崩壊する^[1]^[2]。半減期は20.38分である。炭素11は、ポジトロン断層法で分子の放射性ラベリングによく用いられる。

天然同位体[編集]

詳細は「炭素12」、「炭素13」、および「炭素14」を参照

炭素には、炭素12、炭素13、炭素14の3つの天然同位体が存在する。炭素12と炭素13は安定で、天然の存在比は、約99:1である。炭素14は、大気上層で宇宙線からの熱中性子により生成し、地表に下降して生物に吸収される。炭素14の存在比は無視できる程度であるが、半減期5700年の放射性を持つため、放射計で検出することができる。死んだ組織は、それ以上炭素14を吸収しないため、炭素14の存在量は放射年代測定に用いることができる。

古気候[編集]

¹²Cと¹³Cは海洋循環を説明する温度トレーサーとして使われる。より軽い同位体︵¹²C︶の方が、植物が光合成するときに吸収されやすいことが分かっており、そのときのプランクトン︵浮遊生物︶の大発生により大量の¹²Cが海に取り込まれる。もし海水が成層化して海洋循環が滞ると、プランクトンの死滅によって¹²Cが海底に沈降し、表層は比較的多くの¹³Cで満たされる。そして、深い場所から冷水がわき上がる場所︵北大西洋︶から¹²Cがもたらされる。過去の気候のトレーサーには熱帯種、サンゴの成長環などがある(Flannery 2005)。

一覧[編集]

同位体核種	Z(p)	N(n)	同位体質量 (u)	半減期	核スピン数	天然存在比	天然存在比 (範囲)
同位体核種	励起エネルギー			半減期	核スピン数	天然存在比	天然存在比 (範囲)
⁸C	6	2	8.037675(25)	2.0(4) x 10^-21 s [230(50) keV]	0+
⁹C	6	3	9.0310367(23)	126.5(9) ms	(3/2-)
¹⁰C	6	4	10.0168532(4)	19.290(12) s	0+
¹¹C	6	5	11.0114336(10)	20.334(24) min	3/2-
¹²C	6	6	12 by definition	STABLE	0+	0.9893(8)	0.98853-0.99037
¹³C	6	7	13.0033548378(10)	STABLE	1/2-	0.0107(8)	0.00963-0.01147
¹⁴C	6	8	14.003241989(4)	5.70(3) x 10³ years	0+		<10^-12
¹⁵C	6	9	15.0105993(9)	2.449(5) s	1/2+
¹⁶C	6	10	16.014701(4)	0.747(8) s	0+
¹⁷C	6	11	17.022586(19)	193(5) ms	(3/2+)
¹⁸C	6	12	18.02676(3)	92(2) ms	0+
¹⁹C	6	13	19.03481(11)	46.2(23) ms	(1/2+)
²⁰C	6	14	20.04032(26)	16(3) ms [14(+6-5) ms]	0+
²¹C	6	15	21.04934(54)#	<30 ns	(1/2+)#
²²C	6	16	22.05720(97)#	6.2(13) ms [6.1(+14-12) ms]	0+

●#でマークされた値は、全てが純粋に実験値から算出されたものではなく、一部体系的な傾向から導き出された推定値を含んでいる。明確なデータが得られていない核スピンに関しては、かっこ書きで表記している。 ●数値の最後にかっこ書きで表記しているのは、その値の誤差を示している。誤差の値は、同位体の構成と標準の原子質量に関しては、IUPACが公表する誤差で表記しており、それ以外の値は、標準偏差を表記している。 ●同位体存在比の正確さと質量数は変化によって制限される。天然存在比の範囲は、通常の地球上のどの場所でも同じはずである。 ●すべての核種の原子量の標準として扱われるように¹²Cは特に重要であり、その原子量は12と定義されている。

出典[編集]

(一)^ Scobie, J.; Lewis, G. M. (1 September 1957). “K-capture in carbon 11”. Philosophical Magazine 2 (21): 1089–1099. Bibcode: 1957PMag....2.1089S. doi:10.1080/14786435708242737 2012年3月27日閲覧。. (二)^ Campbell, J.L.; Leiper, W., Ledingham, K.W.D., Drever, R.W.P. (NaN undefined NaN). “The ratio of K-capture to positon emission in the decay of 11C”. Nuclear Physics A 96 (2): 279–287. Bibcode: 1967NuPhA..96..279C. doi:10.1016/0375-9474(67)90712-9 2012年3月27日閲覧。.

参考文献[編集]

●Flannery, T (2005). The weather makers: the history & future of climate change. Melbourne, Australia: The Text Publishing Company. ISBN 1920885 84 6 ●Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003). ●Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005). ●Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page. ●Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003). ●National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005). ●David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.