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Isótopos del carbono

El carbono ( 6C ) tiene 14 isótopos conocidos , desde el 8 C a 20 C así como 22 C , de los cuales solo 12 C y 13 Los C son estables . El radioisótopo de mayor duraciónes el 14 C...

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El carbono ( 6C ) tiene 14 isótopos conocidos , desde el 8C a 20C así como 22C , de los cuales solo 12C y 13Los C son estables . El radioisótopo de mayor duraciónes el 14C , con una vida media de 5700 años. Este es también el único radioisótopo de carbono que se encuentra en la naturaleza, ya que se forman cantidades traza cosmogénicamente mediante la reacción 14N + n → 14C + 1H. El radioisótopo artificial más estable es el 11.El isótopo C tiene una vida media de 20,34 minutos. Todos los demás radioisótopos tienen vidas medias inferiores a 20 segundos, la mayoría menos de 200 milisegundos. Los isótopos más ligeros presentan desintegración beta positiva en isótopos de boro , y los más pesados, desintegración beta negativa en isótopos de nitrógeno , aunque en los límites también se produce emisión de partículas. Los dos isótopos más ligeros se desintegran en helio a través de isótopos de vida corta de litio, berilio y boro.

Lista de isótopos

  1. ↑ () – La incertidumbre (1 σ ) se da de forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes. 
  2. ↑ Modos de desintegración:
  3. ↑ Símbolo en negrita como hija – El producto hija es estable. 
  4. ↑ () valor de giro : indica giro con argumentos de asignación débiles. 
  5. ↑ # – Los valores marcados con # no se derivan exclusivamente de datos experimentales, sino al menos parcialmente de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN). 
  6. ↑ También emite inmediatamente dos protones para la reacción neta de 8C → 4Él + 4 1 H
  7. 1 2 3 Los tres núcleos de producto no están unidos, por lo que la reacción neta en cada caso es 9C → 2 4 Él + 1H + e +
  8. ↑ Se utiliza para marcar moléculas en exploraciones PET.
  9. ↑ El dalton se define como 1/12 de la masa de un átomo no ligado de carbono-12 en su estado fundamental.
  10. ↑ Relación de 12 C a 13 C utilizada para medir la productividad biológica en la antigüedad y diferentes tipos de fotosíntesis.
  11. ↑ Tiene un uso importante en la datación por radio (véase datación por carbono ).
  12. ↑ Principalmente cosmogénico , producido por neutrones que chocan con átomos de 14N ( 14N + n → 14C + 1H ), <10 −12
  13. ↑ Tiene 1neutrón de halo
  14. ↑ Tiene 2 neutrones de halo

Carbono-11

Carbono-11 o 11El ¹¹C es un isótopo radiactivo del carbono que se desintegra en boro-11 con una vida media de 20,34 minutos. Esta desintegración se produce principalmente por emisión de positrones , mientras que entre el 0,19 % y el 0,23 % se produce por captura electrónica . [ 7 ] [ 8 ]

11C → 11B + e ++ νe +0,96 MeV 
11C + e −→ 11B + νe +1,98  MeV

Se produce al bombardear nitrógeno con protones de alrededor de 16,5 MeV en un ciclotrón . Esto provoca la reacción endotérmica [ 9 ] [ 10 ].

14N + p → 11C + 4Él − 2,92  MeV

También puede producirse por fragmentación de 12C disparando 12 proyectiles de alta energíaC en un objetivo. [ 11 ]

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 . Debido a su corta vida media, las reacciones químicas utilizadas para manipular el radioisótopo generado e incorporarlo a una biomolécula deben ser eficientes. Entre los intermediarios clave más comunes se encuentran el [ 11 C] fosgeno , [ 12 ] [ 13 ] para reacciones relacionadas con la carboxilación , aunque también se están explorando otros sintones , como el [ 11 C] fluoruro de carbonilo y el [ 11 C] dióxido de carbono . [ 14 ] Para la metilación , se utilizan el [ 11 C] yodometano y sintones relacionados. [ 14 ]

Isótopos estables

El carbono-12 y el carbono-13 representan aproximadamente el 98,9 % y el 1,1 % (respectivamente) del carbono presente de forma natural en la Tierra. [ 2 ] Sin embargo, la proporción de 13 C y 12 C estables en un material puede variar debido a diferencias en la fuente precursora y al fraccionamiento isotópico inducido por diversos procesos biogeoquímicos. Las cantidades de los diferentes isótopos se miden comúnmente mediante espectrometría de masas de relación isotópica y se expresan como partes por mil (‰ o "por mil") de divergencia con respecto a la proporción de un estándar: [ 15 ]

δdo13=((do13do12)muestra(do13do12)estándar−1)×1000{\displaystyle \delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{muestra}}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{estándar}}}}-1\right)\times 1000}‰

El belemnite de Peedee ("PDB"), un belemnite fósil , fue el estándar de referencia original utilizado para estandarizar los valores de la relación isotópica. Debido al agotamiento del PDB original, hoy en día se utiliza generalmente el "PDB de Viena" artificial, o "VPDB". [ 16 ]

Paleoclima

12C y 13Los C se miden como la relación isotópica δ 13 C en foraminíferos bentónicos y se utilizan como un indicador del ciclo de nutrientes y del intercambio aire-mar de CO 2 dependiente de la temperatura (ventilación). [ 17 ] A las plantas les resulta más fácil utilizar el isótopo más ligero ( 12C ) cuando convierten la luz solar y el dióxido de carbono en alimento. Por ejemplo, las grandes floraciones de plancton (organismos que flotan libremente) absorben grandes cantidades de 12C de los océanos. Originalmente, el 12El carbono se incorporó mayormente al agua de mar desde la atmósfera. Si los océanos en los que vive el plancton están estratificados (es decir, hay capas de agua cálida cerca de la superficie y agua más fría en las profundidades), entonces el agua superficial no se mezcla mucho con las aguas más profundas, de modo que cuando el plancton muere, se hunde y se lleva 12C de la superficie, dejando las capas superficiales relativamente ricas en 13C. Donde las aguas frías brotan desde las profundidades (como en el Atlántico Norte ), el agua transporta 12C vuelve con eso; 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 y anillos de crecimiento de coral. [ 18 ]

Rastreo de fuentes de alimentos y dietas

Las diferentes vías fotosintéticas seleccionan preferentemente la luz más ligera .C , pero su selectividad difiere. Las gramíneas en climas templados ( cebada , arroz , trigo , centeno y avena , además de girasol , patata , tomate , cacahuete , algodón , remolacha azucarera y la mayoría de los árboles y sus frutos secos o frutales, rosas y pasto azul de Kentucky ) siguen una vía fotosintética C 3 que producirá valores de δ 13 C con un promedio de aproximadamente −26,5‰. Las gramíneas en climas áridos cálidos ( maíz en particular, pero también mijo , sorgo , caña de azúcar y pasto cangrejo ) siguen una vía fotosintética C 4 que produce valores de δ 13 C con un promedio de aproximadamente −12,5‰. [ 19 ]

De ello se deduce que el consumo de estas diferentes plantas afectará los valores de δ¹³C en los tejidos corporales del consumidor. Si un animal (o un ser humano) consume únicamente plantas C₃, sus valores de δ¹³C oscilarán entre -18,5 y -22,0‰ en el colágeno de sus huesos y serán de -14,5‰ en la hidroxiapatita de sus dientes y huesos. [ 20 ]

En cambio, los organismos que se alimentan con C4 tendrán un valor de colágeno óseo de -7,5‰ y un valor de hidroxiapatita de -0,5‰.

En los estudios de caso, los consumidores de mijo y maíz se pueden distinguir fácilmente de los consumidores de arroz y trigo. Estudiar cómo se distribuyen geográficamente estas preferencias alimentarias a lo largo del tiempo puede esclarecer las rutas migratorias 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 ( históricamente, los chinos del norte subsistían de trigo y mijo), o han mezclado grupos de plantas y animales (por ejemplo, los chinos del sureste subsistían de arroz y pescado). [ 21 ]

Carbono-14

El carbono-14 (también llamado radiocarbono) se encuentra en cantidades ínfimas y tiene una vida media de 5700 años. La principal fuente de 14C en la Tierra es la reacción de 14N con neutrones térmicos de la radiación cósmica en la atmósfera superior; esto se mezcla por toda la atmósfera, y los procesos biológicos como la fotosíntesis incorporan el 14C en organismos vivos. Dado que los organismos dejan de absorber 14C al morir, medición de la cantidad de 14El carbono-14 presente en una muestra puede utilizarse para estimar su edad. Esta técnica se denomina datación por radiocarbono y es uno de los principales métodos de datación radiométrica en el campo de la arqueología.

Véase también

Productos de desintegración distintos del carbono

Referencias

  1. 1 2 3 4 Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "La evaluación NUBASE2020 de las propiedades nucleares" (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  2. 1 2 "Pesos atómicos estándar: Carbono" . CIAAW . 2009.
  3. ↑ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). "Pesos atómicos estándar de los elementos 2021 (Informe técnico de la IUPAC)" . Pure and Applied Chemistry . doi : 10.1515/pac-2019-0603 . ISSN 1365-3075 . 
  4. ↑ Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). "Evaluación de la masa atómica AME 2020 (II). Tablas, gráficos y referencias*". Chinese Physics C . 45 (3) 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  5. ↑ Grupo de Datos Nucleares FRIB. "Proyecto de Descubrimiento de Nuclidos, Base de Datos de Isótopos" . doi : 10.11578/frib/2279152 .
  6. 1 2 "Peso atómico del carbono" . CIAAW .
  7. ↑ Scobie, J.; Lewis, GM (1 de septiembre de 1957). "Captura de K en carbono 11". Philosophical Magazine . 2 (21): 1089– 1099. Bibcode : 1957PMag....2.1089S . doi : 10.1080/14786435708242737 .
  8. ↑ Campbell, JL; Leiper, W.; Ledingham, KWD; Drever, RWP (1967-04-11). "La relación entre la captura de K y la emisión de positrones en la desintegración del 11 C". Nuclear Physics A . 96 (2): 279– 287. Bibcode : 1967NuPhA..96..279C . doi : 10.1016/0375-9474(67)90712-9 .
  9. ↑ "Producción y transformación del carbono-11" . Enciclopedia de la comunidad académica .
  10. ↑ Lu, Shuiyu; et al. (18 de enero de 2024). "Transformaciones en fase gaseosa en la química del carbono-11" . Int . J. Mol. Sci . 25 (2): 1167. doi : 10.3390/ijms25021167 . PMC 10816134. PMID 38256240 .   
  11. ↑ Daria Boscolo; et al. (2025). "Tratamiento guiado por imágenes de tumores de ratón con haces de iones radiactivos" . Nature Physics . 21 (10): 1648– 1656. arXiv : 2409.14898 . Bibcode : 2025NatPh..21.1648B . doi : 10.1038/s41567-025-02993-8 . PMC 12518140. PMID 41098546 .   
  12. ↑ " [ C-11 ] Fosgeno: Un reactivo versátil para la inserción de carbonilo radiactivo en radiotrazadores medicinales para tomografía por emisión de positrones" .
  13. ^ Nishijima, Ken-Ichi; Kuge, Yuji; Seki, Koh-Ichi; Ohkura, Kazue; Motoki, Noriko; Nagatsu, Kotaro; Tanaka, Akira; Tsukamoto, Eriko; Tamaki, Nagara (2002). "Una síntesis simplificada y mejorada de fosgeno [11C] con hierro y óxido de hierro (III)". Medicina y Biología Nuclear . 29 (3): 345– 350. doi : 10.1016/S0969-8051(01)00310-9 . PMID 11929705 . 
  14. 1 2 Bow, John-Paul J.; Riss, Patrick J. (2021). "Inserción de carbonilo sin fosgeno: avances importantes en la química del 11 C" . Chemistry–Methods . 1 (3): 139– 141. doi : 10.1002/cmtd.202000029 .
  15. ↑ Miller, Charles B.; Wheeler, Patricia (2012). Oceanografía biológica (2.ª ed.). Chichester, West Sussex: John Wiley & Sons, Ltd. pág. 186. ISBN   9781444333022OCLC 794619582​​ 
  16. ↑ Faure, Gunter; Mensing, Teresa M. (2005). "27 Carbono". Isótopos: Principios y aplicaciones (Tercera ed.). Hoboken, NJ: Wiley. ISBN  978-81-265-3837-9.
  17. ↑ Lynch-Stieglitz, Jean; Stocker, Thomas F.; Broecker, Wallace S.; Fairbanks, Richard G. (1995). "La influencia del intercambio aire-mar en la composición isotópica del carbono oceánico: observaciones y modelado" . Global Biogeochemical Cycles . 9 (4): 653– 665. Bibcode : 1995GBioC...9..653L . doi : 10.1029/95GB02574 . S2CID 129194624 . 
  18. ↑ Tim Flannery, Los creadores del clima: historia y futuro del cambio climático , The Text Publishing Company, Melbourne, Australia. ISBN 1-920885-84-6
  19. ↑ O'Leary, Marion H. (mayo de 1988). "Isótopos de carbono en la fotosíntesis" ( PDF) . BioScience . 38 (5): 328– 336. doi : 10.2307/1310735 . JSTOR 1310735. S2CID 29110460. Consultado el 17 de noviembre de 2022 .  
  20. ↑ Tycot, RH (2004). M. Martini; M. Milazzo; M. Piacentini (eds.). "Isótopos estables y dieta: eres lo que comes" (PDF) . Actas del Curso CLIV de la Escuela Internacional de Física "Enrico Fermi" .
  21. ↑ Richard, Hedges (2006). "¿De dónde provienen nuestras proteínas?" . British Journal of Nutrition . 95 (6): 1031– 1032. doi : 10.1079/bjn20061782 . PMID 16768822 . 
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