Kolisotoper

Kolisotoper är isotoper av grundämnet kol (C), det vill säga atomer och kärnor med 6 protoner och olika antal neutroner.

Isotoper

Kol har 15 kända isotoper, varav 2 är stabila (¹²C och ¹³C).

Den mest långlivade radioisotopen är ¹⁴C, med en halveringstid på 5730 år. Det är också den enda radioisotopen som förekommer naturligt – spårmängder är bildade kosmogeniskt genom reaktionen ¹⁴N + ¹n → ¹⁴C + ¹H. Den mest stabila syntetiska radioisotopen är ¹¹C, som har en halveringstid på 20,334 minuter. Alla andra radioisotoper har halveringstider under 20 sekunder, de flesta under 20 millisekunder. Den minst stabila isotopen är ⁸C, med en halveringstid på 1,98739 zeptosekunder.

Kol-11

Huvudartikel: Kol-11

¹¹C är en radioisotop vars kärna består av 6 protoner och 5 neutroner. Den sönderfaller till ¹¹B. Detta sönderfall sker främst på grund av positronemission; emellertid är det cirka 0,19–0,23 % av fallet ett resultat av elektroninfångning.^[1][2] Den har en halveringstid på 20,334 minuter.

¹¹C → ¹¹B + e⁺ + v_e + 0,96 MeV

¹¹C + e⁻ → ¹¹B + v_e + 1,98 MeV

¹¹C används vanligen som en radioisotop för radioaktiv märkning av molekyler i positronemissionstomografi. Bland de många molekyler som används i detta sammanhang kan nämnas radioliganden [¹¹C]DASB.

Kol-12

Huvudartikel: Kol-12

¹²C är en stabil isotop vars kärna består av 6 protoner och 6 neutroner. Det är en av de tre naturligt förekommande isotoperna och en av de två stabila isotoperna – tillsammans med ¹³C – men den är mycket mer rikligt förekommande än den senare (förhållande ≈ 99:1). Den är en särskilt viktig isotop inom fysik och kemi, eftersom det ligger till grund för definitionen av atommassenhet och Avogadros tal.

Kol-13

Huvudartikel: Kol-13

¹³C är en stabil isotop vars kärna består av 6 protoner och 7 neutroner. Det är en av de tre naturligt förekommande isotoperna och en av de två stabila isotoperna – tillsammans med ¹²C – även om den är mindre förekommande än den senare. Till skillnad från de andra två naturligt förekommande isotoperna, har den ett nollskilt spinn (¹⁄₂⁻) och kan användas i kärnmagnetisk resonans (kol-13-NMR).

Kol-14

¹⁴C är en radioisotop vars kärna består av 6 protoner och 8 neutroner. Det är en av de tre naturligt förekommande isotoperna, men den enda radioaktiva, med en halveringstid på 5730 år. Den produceras av termiska neutroner från kosmisk strålning i den övre atmosfären, och kommer ned till jorden där den absorberas av levande biologiskt material, i dess oxiderade form: koldioxid. Dess naturliga förekomst är försumbar jämfört med de två andra naturligt förekommande isotoperna, men dess radioaktivitet gör den radiometriskt påvisbar. Eftersom död vävnad inte absorberar ¹⁴C, är mängden ¹⁴C en av de metoder som används inom området för arkeologi för radiometrisk datering av biologiskt material (kol-14-metoden).

Tabell

Nuklid	Z	N	Massa (u)	Halveringstid	ST (%)	SE (MeV)	SP	Spinn	Förekomst (%)
8C	6	2	8,037675(25)	1,98739 × 10−21 s	2p	2,142	6Be	0+
9C	6	3	9,0310367(23)	0,1265 s	β+ (60 %)	16,498	9B	(3⁄2−)
					β+ + p (23 %)	16,775	8B
					β+ + α (17 %)	16,683	5Li
10C	6	4	10,0168532(4)	19,255 s	β+	3,648	10B	0+
11C	6	5	11,0114336(10)	20,334 min	β+ (99,79 %)	1,982	11B	3⁄2−
					ε (0,21 %)		11B
12C	6	6	12	Stabil				0+	98,9
13C	6	7	13,0033548378(10)	Stabil				½−	1,1
14C	6	8	14,003241989(4)	5730 a	β−	0,156	14N	0+	Spår
15C	6	9	15,0105993(9)	2,449 s	β−	9,772	15N	½+
16C	6	10	16,014701(4)	0,747 s	β− + n (97,9 %)	8,012	15N	0+
					β− (2,1 %)		16N
17C	6	11	17,022586(19)	0,193 s	β− (71,59 %)	13,166	17N	(3⁄2+)
					β− + n (28,41 %)	7,283	16N
18C	6	12	18,02676(3)	0,092 s	β− (68,5 %)	11,81	18N	0+
					β− + n (31,5 %)	8,98	17N
19C	6	13	19,03481(11)	0,046 s	β− + n (47 %)	11,64	18N	(½+)
					β− (46 %)	16,97	19N
					β− + 2n (7 %)		17N
20C	6	14	20,04032(26)	0,016 s	β− + n (72 %)	13,63	19N	0+
					β− (28 %)	15,79	20N
21C	6	15	21,04934(54)#	30 ns	n		20C	(½+)#
22C	6	16	22,05720(97)#	6,2 ms	β−	20,097	22N	0+
Denna tabell: visa • redigera

Anmärkningar

• Stabila isotoper anges i fetstil.
• Värden markerade med # härrör inte enbart från experimentella data, men åtminstone delvis från systematiska trender.
• Osäkerheter anges i kort form i parentes efter värdet. Osäkerhetsvärden anger en standardavvikelse, utom isotopsammansättningen och standardatommassa från IUPAC, som använder expanderade osäkerhet.
• Nuklidmassor är givna av IUPAP Commission on Symbols, Units, Nomenclature, Atomic Masses and Fundamental Constants (SUNAMCO).
• Isotopförekomster är givna av IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• ¹²C är en nuklid av särskild betydelse då den används som standard, från vilken atommassan hos alla nuklider uttrycks: dess atommassa är per definition 12 u.

Källor

1. Scobie, J.; Lewis, G. M. (1 september 1957). ”K-capture in carbon 11”. Philosophical Magazine 2 (21): sid. 1089–1099. doi:10.1080/14786435708242737. http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14786435708242737#preview. Läst 27 mars 2012.
2. Campbell, J. L.; Leiper, W.; Ledingham, K. W. D.; Drever, R. W. P.. ”The ratio of K-capture to positron emission in the decay of 11C”. Nuclear Physics A 96 (2): sid. 279–287. doi:10.1016/0375-9474(67)90712-9. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0375947467907129. Läst 27 mars 2012.

---

• Isotopmassor:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). ”The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics 729: sid. 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf.
• Isotopsammansättning och standardatommassa:
  • J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor (2003). ”Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 75 (6): sid. 683–800. doi:10.1351/pac200375060683. http://www.iupac.org/publications/pac/75/6/0683/pdf/.
  • M. E. Wieser (2006). ”Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 78 (11): sid. 2051–2066. doi:10.1351/pac200678112051. http://iupac.org/publications/pac/78/11/2051/pdf/.
• Spinn och isomerdata:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). ”The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics A 729: sid. 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf.
  • National Nuclear Data Center. ”NuDat 2.1 database”. Brookhaven National Laboratory. http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/. Läst 1 september 2005.
  • N. E. Holden (2004). ”Table of the Isotopes, Section 11”. i D. R. Lide. CRC Handbook of Chemistry and Physics (85th). CRC Press. ISBN 978-0-8493-0485-9