El carbono-12 ( 12 C) es el más abundante de los dos isótopos estables del carbono ( el carbono-13 es el otro), y representa el 98,93% del elemento carbono en la Tierra; [1] su abundancia se debe al proceso triple alfa mediante el cual se crea en las estrellas. El carbono-12 es de particular importancia en su uso como estándar a partir del cual se miden las masas atómicas de todos los nucleidos ; por lo tanto, su masa atómica es exactamente de 12 daltons por definición. El carbono-12 está compuesto por 6 protones , 6 neutrones y 6 electrones .
Antes de 1959, tanto la IUPAP como la IUPAC utilizaban oxígeno para definir el mol ; los químicos definieron el mol como el número de átomos de oxígeno que tenían una masa de 16 g, los físicos usaron una definición similar pero solo con el isótopo de oxígeno-16 . Las dos organizaciones acordaron en 1959-1960 definir el topo de la siguiente manera.
Mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 12 gramos de carbono 12; su símbolo es "mol".
Este fue adoptado por el CIPM (Comité Internacional de Pesas y Medidas) en 1967, y en 1971, fue adoptado por la 14ª CGPM (Conferencia General de Pesas y Medidas) .
En 1961, se seleccionó el isótopo carbono-12 para reemplazar al oxígeno como estándar con respecto al cual se miden los pesos atómicos de todos los demás elementos. [2]
En 1980, el CIPM aclaró la definición anterior, definiendo que los átomos de carbono-12 están libres y en su estado fundamental .
En 2018, la IUPAC especificó el mol como exactamente6.022 140 76 × 10 23 "entidades elementales". El número de moles en 12 gramos de carbono-12 se convirtió en una cuestión de determinación experimental.
El estado de Hoyle es un estado excitado, sin espín y resonante del carbono-12. Se produce mediante el proceso triple alfa y Fred Hoyle predijo su existencia en 1954. [3] La existencia del estado Hoyle de resonancia de 7,7 MeV es esencial para la nucleosíntesis de carbono en estrellas que queman helio y predice una cantidad de carbono. producción en un entorno estelar que coincide con las observaciones. La existencia del estado Hoyle ha sido confirmada experimentalmente, pero aún se están investigando sus propiedades precisas. [4]
El estado Hoyle se puebla cuando un núcleo de helio-4 se fusiona con un núcleo de berilio-8 en un ambiente de alta temperatura (10 8 K ) con helio densamente concentrado (10 5 g/cm 3 ). Este proceso debe ocurrir en 10 −16 segundos como consecuencia de la corta vida media del 8 Be. El estado de Hoyle también es una resonancia de corta duración con una vida media de2,4 × 10 −16 s ; principalmente se desintegra en sus tres partículas alfa constituyentes , aunque el 0,0413% de las desintegraciones (o 1 en 2421,3) se producen por conversión interna al estado fundamental de 12 C. [5]
En 2011, un cálculo ab initio de los estados bajos del carbono-12 encontró (además del estado terrestre y del espín-2 excitado ) una resonancia con todas las propiedades del estado de Hoyle. [6] [7]
Los isótopos de carbono se pueden separar en forma de dióxido de carbono gaseoso mediante reacciones de intercambio químico en cascada con carbamato de amina . [8]