Isotopi del carbonio

Il carbonio (C) ha 15 isotopi conosciuti, dall'⁸C al ²²C, due dei quali (¹²C e ¹³C) sono stabili. Solo tre isotopi (¹²C, ¹³C e ¹⁴C) possono essere trovati in natura, tutti gli altri sono prodotti artificialmente.

Descrizione

Carbonio-8

Il carbonio-8 o ⁸C è un isotopo radioattivo instabile del carbonio avente 6 protoni e 2 neutroni. Decade a Berillio-6 ed ha una brevissima emivita che non ne permette nessun utilizzo pratico.

Carbonio-9

Il carbonio-9 o ⁹C è un isotopo radioattivo instabile del carbonio avente 6 protoni e 3 neutroni. Decade ad Elio-4 in vari modi e non ha utilizzi pratici data la sua breve emivita.

Carbonio-10

Il carbonio-10 o ¹⁰C è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 4 neutroni. Esso decade a Boro-10 e non ha utilizzi pratici data la sua breve emivita.

Carbonio-11

Il carbonio-11 o ¹¹C è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 5 neutroni. Decade a boro-11 con emissione di un positrone. Il carbonio-11 ha una emivita di circa 20 minuti ed è usato comunemente come radioisotopo per marcare le molecole per l'uso con la tomografia ad emissione di positroni.

Carbonio-12

Il carbonio-12 o ¹²C è un isotopo stabile del carbonio. È quello più abbondante in natura (98,89%^[1]) e non è radioattivo. Ha 6 protoni e 6 neutroni. Questo isotopo ha una particolare importanza, in quanto l'unità di massa usata come riferimento per calcolare il peso atomico (o massa atomica relativa) di un elemento è proprio la 1/12 parte della massa del ¹²C

Carbonio-13

Il carbonio-13 o ¹³C è un isotopo stabile del carbonio. È quello meno abbondante in natura tra gli isotopi stabili del carbonio (1,11%^[2]) ed ha 6 protoni e 7 neutroni.

Carbonio-14

Catena di decadimento di ¹⁴C

Il carbonio-14 o ¹⁴C è un isotopo radioattivo naturale del carbonio avente 6 protoni e 8 neutroni. Ha una emivita molto lunga (5700 anni^[3]) e decade per emissione di elettroni ad azoto. Il carbonio-14 è prodotto naturalmente negli strati alti della troposfera e nella stratosfera ed è presente nei composti organici secondo un preciso rapporto (abbondanza isotopica).^[4] Viene utilizzato nella radiodatazione di documenti antichi o ossa di animali e ominidi o piante.

Carbonio-15

Il carbonio-15 o ¹⁵C è un isotopo radioattivo (radionuclide, attività specifica: 1,136×10¹⁰ TBq/g^[5]) del carbonio avente 6 protoni e 9 neutroni. La tendenza è che un neutrone divenga un protone, con emissione di un elettrone:

¹⁵C → e- + ¹⁵N + 9.772 MeV^[5]

Il carbonio-15 ha una emivita molto breve (2.450 s^[5]) e non ha utilizzi pratici.

Carbonio-16

Catene di decadimento del ¹⁶C

Il carbonio-16 o ¹⁶C è un isotopo radioattivo (radionuclide, attività specifica: 3,48×10¹⁰ TBq/g^[6]) del carbonio avente 6 protoni e 10 neutroni. La tendenza dell'isotopo è di cedere o trasformare neutroni, che sono in eccesso rispetto ai protoni, infatti il decadimento principale (97.9%) è con emissione di un neutrone e trasformazione di un altro in protone (con emissione di un positrone):

¹⁶C → n + e⁺ + ¹⁵N + 5.52137 MeV^[6]

Nel 2% dei casi, il neutrone singolo non viene emesso, così il carbonio-16 decade ad azoto-16 con semplice emissione di un positrone. Tuttavia l'azoto-16 è radioattivo ed instabile e decade a sua volta ad ossigeno-16 (<100%) o a carbonio-12 (1%×10⁻⁵):

¹⁶C → e⁺ + ¹⁶N → e⁺ + ¹⁶O

¹⁶C → ¹⁶O + 2e⁺ (reazione complessiva)

¹⁶C → e⁺ + ¹⁶N → e⁺ + α + ¹²C

¹⁶C → ¹²C + 2e⁺ + α (reazione complessiva)

Carbonio-17

Il carbonio-17 o ¹⁷C è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 11 neutroni. Decade ad azoto con emissione di un elettrone e talvolta anche di un neutrone. Il carbonio-17 ha una breve emivita che non ne permette alcun utilizzo pratico.

Carbonio-18

Il carbonio-18 o ¹⁸C è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 12 neutroni. Decade ad azoto con emissione di un elettrone e talvolta anche di un neutrone. Il carbonio-18 ha una breve emivita che non ne permette alcun utilizzo pratico.

Carbonio-19

Il carbonio-19 o ¹⁹C è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 13 neutroni. Decade ad azoto con emissione di un elettrone e di neutroni. Il carbonio-19 ha una breve emivita che non ne permette alcun utilizzo pratico.

Carbonio-20

Il carbonio-20 o ²⁰C è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 14 neutroni. Decade ad azoto con emissione di un elettrone e di un neutrone. Il carbonio-20 ha una breve emivita che non ne permette alcun utilizzo pratico.

Carbonio-21

Il carbonio-21 o ²¹C è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 15 neutroni. Decade a ²⁰C con emissione di un neutrone. Il carbonio-21 ha una brevissima emivita che non ne permette alcun utilizzo pratico.

Carbonio-22

Il carbonio-22 o ²²C è un isotopo radioattivo, finora il più pesante scoperto, del carbonio avente 6 protoni e 16 neutroni. Decade ad azoto con emissione di un elettrone e di un neutroni. Il carbonio-22 ha una emivita molto breve che non ne permette alcun utilizzo pratico.

Tabella degli isotopi

Massa atomica standard: 12,0107(8) u

Simbolo	Z	N	Massa isotopica (u)^{[n 1]}	Emivita^{[n 1]}	Spin nucleare	Tipo di decadimento	Prodotto di decadimento	Abbondanza isotopica
⁸C	6	2	8.037675(25)	2,0(4)×10⁻²¹ s	0	2p	⁶Be
⁹C	6	3	9.0310367(23)	126.5(9) ms	+3/2	β⁺ (60%)	⁹B
						β⁺, p (23%)	⁸Be
						β⁺, α (17%)	⁵Li
¹⁰C	6	4	10.0168532(4)	19.290(12) s	0	β⁺	¹⁰B
¹¹C	6	5	11.0114336(10)	20.334(24) min	-3/2	β⁺	¹¹B
¹²C	6	6	12 esatto^{[n 2]}	STABILE	0			98,93(8)%
¹³C^{[n 3]}	6	7	13.0033548378(10)	STABILE	-1/2			1.07(8)%
¹⁴C^{[n 4]}	6	8	14.003241989(4)	5,70(3)×10³ anni	0	β^-	¹⁴N	< 10⁻¹²%
¹⁵C	6	9	15.0105993(9)	2.449(5) s	+1/2	β^-	¹⁵N
¹⁶C	6	10	16.014701(4)	0.747(8) s	0	β^-, n (97.9%)	¹⁵N
¹⁶C	6	10	16.014701(4)	0.747(8) s	0	β^- (2.1%)	¹⁶N
¹⁷C	6	11	17.022586(19)	193(5) ms	+3/2	β^- (71.59%)	¹⁷N
¹⁷C	6	11	17.022586(19)	193(5) ms	+3/2	β^-, n (28.41%)	¹⁶N
¹⁸C	6	12	18.02676(3)	92(2) ms	+3/2	β^- (68.5%)	¹⁸N
¹⁸C	6	12	18.02676(3)	92(2) ms	+3/2	β^-, n (31.5%)	¹⁷N
¹⁹C	6	13	19.03481(11)	46.2(23) ms	+1/2	β^-, n (47.0%)	¹⁸N
						β^- (46.0%)	¹⁹N
						β^-, 2n (7.0%)	¹⁷N
²⁰C	6	14	20.04032(26)	16(3) ms	0	β^-, n (72.0%)	¹⁹N
²⁰C	6	14	20.04032(26)	16(3) ms	0	β^- (28,0%)	²⁰N
²¹C	6	15	21.04934(54)	<30 ns	+1/2	n	²⁰C
²²C	6	16	22.05720(97)	6.2(13) ms	0	β^-	²²N	-

^ ^a ^b Tra parentesi è indicata l'incertezza sulle ultime cifre, che denota una deviazione standard.
^ L'unità di massa atomica è definita come 1/12 della massa di un atomo di ¹²C allo stato fondamentale
^ Il rapporto tra ¹²C e ¹³C è usato come misura della produttività biologica dei tempi antichi e per analizzare tipi diversi di fotosintesi.
^ Trova un uso importante nella Datazione radiometrica

Note

^ Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine - Carbon-12.
^ Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine - Carbon-13.
^ Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine - Carbon-14.
^ P. Bosco, A. Giovannini, G. Plancher, M. Vulcan.
^ ^a ^b ^c Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine - Carbon-15.
^ ^a ^b Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine - Carbon-16.

Altri progetti

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Collegamenti esterni

(EN) Wolfram Alpha LLC, Carbon-12 - WolframAlpha Computational Knowledge Engine, su wolframalpha.com. URL consultato il 24 giugno 2011.
(EN) Wolfram Alpha LLC, Carbon-13 - WolframAlpha Computational Knowledge Engine, su wolframalpha.com. URL consultato il 24 giugno 2011.
(EN) Wolfram Alpha LLC, Carbon-14 - WolframAlpha Computational Knowledge Engine, su wolframalpha.com. URL consultato il 24 giugno 2011.
P. Bosco, A. Giovannini, G. Plancher, M. Vulcan, Atomi, isotopi, datazioni radiometriche, su ips.it. URL consultato il 24 giugno 2011.
(EN) Wolfram Alpha LLC, Carbon-15 - WolframAlpha Computational Knowledge Engine, su wolframalpha.com. URL consultato il 25 giugno 2011.
(EN) Wolfram Alpha LLC, Carbon-16 - WolframAlpha Computational Knowledge Engine, su wolframalpha.com. URL consultato il 25 giugno 2011.

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[errore-7] Tra parentesi è indicata l'incertezza sulle ultime cifre, che denota una deviazione standard.

[8] L'unità di massa atomica è definita come 1/12 della massa di un atomo di ¹²C allo stato fondamentale

[9] Il rapporto tra ¹²C e ¹³C è usato come misura della produttività biologica dei tempi antichi e per analizzare tipi diversi di fotosintesi.

[10] Trova un uso importante nella Datazione radiometrica

[Wolfram12-1] Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine - Carbon-12.

[Wolfram13-2] Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine - Carbon-13.

[Wolfram14-3] Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine - Carbon-14.

[Bosco-4] P. Bosco, A. Giovannini, G. Plancher, M. Vulcan.

[Wolfram15-5] Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine - Carbon-15.

[Wolfram16-6] Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine - Carbon-16.

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