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Isótopos del carbono

El carbono ( 6 C) tiene 14 isótopos conocidos , desde8
do
a20
do
así como22
do
, de los cuales12doy13doson estables . El radioisótopo de vida más larga es14do, con una vida media de5,70(3) × 10 3 años. Este es también el único radioisótopo de carbono que se encuentra en la naturaleza, ya que se forman cantidades mínimas cosmogénicas mediante la reacción14
norte
+
norte
14
do
+1
yo
El radioisótopo artificial más estable es11
do
, que tiene una vida media de20,3402(53) min . Todos los demás radioisótopos tienen vidas medias inferiores a 20 segundos, la mayoría de menos de 200 milisegundos. El isótopo menos estable es8
do
, con una vida media de3,5(1,4) × 10 −21  s . Los isótopos ligeros tienden a desintegrarse en isótopos de boro y los pesados ​​tienden a desintegrarse en isótopos de nitrógeno .

Lista de isótopos


  1. ^ ( ) – La incertidumbre (1 σ ) se da en forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
  2. ^ Modos de descomposición:
  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 puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
  6. ^ Posteriormente se desintegra por doble emisión de protones a4
    Él
    para una reacción neta de8
    do
    4
    Él
    + 41
    yo
  7. ^ Se desintegra inmediatamente por emisión de protones a4
    Él
    para una reacción neta de9
    do
    → 2 4
    Él
    +1
    yo
    +
    mi+
  8. ^ Inmediatamente se descompone en dos4
    Él
    átomos para una reacción neta de9
    do
    → 2 4
    Él
    +1
    yo
    +
    mi+
  9. ^ Se utiliza para etiquetar moléculas en exploraciones PET
  10. ^ abc El modo de desintegración mostrado está permitido energéticamente, pero no se ha observado experimentalmente que ocurra en este nucleido.
  11. ^ La unidad de masa atómica unificada se define como 1/12 de la masa de un átomo no unido de carbono-12 en su estado fundamental.
  12. ^ Relación de 12 C a 13 C utilizada para medir la productividad biológica en la antigüedad y los diferentes tipos de fotosíntesis
  13. ^ Tiene un uso importante en la datación por radiofrecuencia (ver datación por carbono )
  14. ^ Principalmente cosmogénico , producido por neutrones que golpean átomos de14
    norte
    (14
    norte
    +
    norte
    14
    do
    +1
    yo
    )
  15. ^ Tiene 1 neutrón de halo
  16. ^ Tiene 2 neutrones de halo

Carbono-11

Carbono-11 o11
do
es un isótopo radiactivo del carbono que se desintegra en boro-11 . Esta desintegración se produce principalmente por emisión de positrones , y alrededor del 0,19-0,23 % de las desintegraciones se producen por captura de electrones . [6] [7] Tiene una vida media de20.3402(53) mín .

11
do
11B+mi++ami+0,96  MeV
11
do
+mi−11
B
+
a
mi
+1,98 MeV

Se produce al chocar el nitrógeno con protones de alrededor de 16,5 MeV en un ciclotrón . Esto provoca la reacción endotérmica [8] [9]

14
norte
+pag11
do
+4
Él
- 2,92 MeV

También puede producirse por fragmentación de12
do
disparando alta energía12
do
hacia un objetivo. [10]

El carbono-11 se utiliza habitualmente como radioisótopo para el marcaje radiactivo de moléculas en la tomografía por emisión de positrones . Entre las numerosas moléculas utilizadas en este contexto se encuentran los radioligandos [11
do
]DASB
y [11
do
]Cimbi-5
.

Isótopos naturales

Hay tres isótopos de carbono presentes en la naturaleza: 12, 13 y 14.12
do
y13
do
son estables y se presentan en una proporción natural de aproximadamente 93:1 .14
do
Se produce por neutrones térmicos de la radiación cósmica en la atmósfera superior y se transporta hasta la Tierra para ser absorbido por el material biológico vivo. Isotópicamente,14
do
constituye una parte insignificante; pero, dado que es radiactivo con una vida media de5,70(3) × 10 3 años, es detectable radiométricamente. Dado que el tejido muerto no absorbe14
do
, la cantidad de14
do
Es uno de los métodos utilizados dentro del campo de la arqueología para la datación radiométrica de material biológico.

Paleoclima

12
do
y13
do
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 dependiente de la temperatura de CO 2 (ventilación). [11] A las plantas les resulta más fácil utilizar los isótopos más ligeros (12
do
) 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 de12
do
de los océanos. Originalmente, el12
do
El plancton se incorporó al agua del mar en su mayor parte 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 más abajo), entonces el agua de la superficie no se mezcla mucho con las aguas más profundas, de modo que cuando el plancton muere, se hunde y se lleva12
do
de la superficie, dejando las capas superficiales relativamente ricas en13
do
. Allí donde las aguas frías brotan de las profundidades (como en el Atlántico Norte ), el agua transporta12
do
retroceda con él; cuando el océano estaba menos estratificado que hoy, había mucho más12
do
en los esqueletos de las especies que habitan en la superficie. Otros indicadores del clima pasado incluyen la presencia de especies tropicales y anillos de crecimiento de coral. [12]

Rastreo de fuentes de alimentos y dietas

Las cantidades de los diferentes isótopos se pueden medir mediante espectrometría de masas y comparar con un estándar ; el resultado (por ejemplo, el delta del13
do
= δ13
do
) se expresa como partes por mil (‰) de divergencia con respecto a la relación de un estándar: [13]

El estándar habitual es Peedee Belemnite , abreviado "PDB", un belemnite fósil . Debido a la escasez de la muestra PDB original, en la actualidad se utiliza generalmente un "PDB virtual" artificial o "VPDB". [14]

Los isótopos estables de carbono en el dióxido de carbono son utilizados diferencialmente por las plantas durante la fotosíntesis . [ cita requerida ] Las gramíneas en climas templados ( cebada , arroz , trigo , centeno y avena , además de girasol , papa , tomates , maní , algodón , remolacha azucarera y la mayoría de los árboles y sus nueces o frutas, rosas y pasto azul de Kentucky ) siguen una ruta fotosintética C3 que producirá valores de δ 13 C que promedian alrededor de −26,5‰. [ cita requerida ] Las gramíneas en climas cálidos y áridos ( maíz en particular, pero también mijo , sorgo , caña de azúcar y pasto de cangrejo ) siguen una ruta fotosintética C4 que produce valores de δ 13 C que promedian alrededor de −12,5‰. [15]

De ello se desprende que el consumo de estas diferentes plantas afectará a los valores de δ 13 C en los tejidos corporales del consumidor. Si un animal (o un ser humano) come solo plantas C3, sus valores de δ 13 C serán de -18,5 a -22,0‰ en el colágeno de sus huesos y de -14,5‰ en la hidroxiapatita de sus dientes y huesos. [16]

Por el contrario, los alimentadores C4 tendrán colágeno óseo con un valor de -7,5‰ y un valor de hidroxiapatita de -0,5‰.

En estudios de casos reales, los consumidores de mijo y maíz pueden distinguirse fácilmente de los consumidores de arroz y trigo. Estudiar cómo se distribuyen geográficamente estas preferencias alimentarias a lo largo del tiempo puede arrojar luz sobre 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 (los chinos del norte subsistían históricamente a base de trigo y mijo), o han mezclado grupos de plantas y animales (por ejemplo, los chinos del sudeste subsistían a base de arroz y pescado). [17]

Véase también

Referencias

  1. ^ "Pesos atómicos estándar: carbono". CIAAW . 2009.
  2. ^ 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 (4 de mayo de 2022). "Pesos atómicos estándar de los elementos 2021 (Informe técnico de la IUPAC)". Química pura y aplicada . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  3. ^ Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). "La evaluación de masa atómica AME 2020 (II). Tablas, gráficos y referencias*". Chinese Physics C . 45 (3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
  4. ^ abcd 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.
  5. ^ ab "Peso atómico del carbono". CIAAW .
  6. ^ Scobie, J.; Lewis, GM (1 de septiembre de 1957). "Captura de K en el carbono 11". Revista filosófica . 2 (21): 1089–1099. Código Bibliográfico :1957PMag....2.1089S. doi :10.1080/14786435708242737.
  7. ^ Campbell, JL; Leiper, W.; Ledingham, KWD; Drever, RWP (11 de abril de 1967). "La relación entre la captura de K y la emisión de positrones en la desintegración de 11 C". Física nuclear A . 96 (2): 279–287. Código Bibliográfico :1967NuPhA..96..279C. doi :10.1016/0375-9474(67)90712-9.
  8. ^ "Producción y transformación del carbono 11". Enciclopedia de la comunidad académica .
  9. ^ 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 . PMID  38256240.
  10. ^ Daria Boscolo; et al. (septiembre de 2024). "Primer tratamiento guiado por imágenes de un tumor de ratón con haces de iones radiactivos". arXiv : 2409.14898 . {{cite web}}: Falta o está vacío |url=( ayuda )
  11. ^ 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". Ciclos biogeoquímicos globales . 9 (4): 653–665. Código Bibliográfico :1995GBioC...9..653L. doi :10.1029/95GB02574. S2CID  129194624.
  12. ^ Tim Flannery Los creadores del clima: la historia y el futuro del cambio climático , The Text Publishing Company, Melbourne, Australia. ISBN 1-920885-84-6 
  13. ^ Miller, Charles B.; Wheeler, Patricia (2012). Oceanografía biológica (2.ª ed.). Chichester, West Sussex: John Wiley & Sons, Ltd. pág. 186. ISBN 9781444333022.OCLC 794619582  .
  14. ^ Faure, Gunter; Mensing, Teresa M. (2005). "27 Carbono". Isótopos: principios y aplicaciones (tercera edición). Hoboken, Nueva Jersey: Wiley. ISBN 978-81-265-3837-9.
  15. ^ 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 .
  16. ^ 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" .
  17. ^ Richard, Hedges (2006). "¿De dónde proviene nuestra proteína?". British Journal of Nutrition . 95 (6): 1031–2. doi : 10.1079/bjn20061782 . PMID  16768822.