Изотопы углерода
Изотопы углерода — физические формы углерода, шестого элемента в таблице Менделеева, отличающиеся атомной массой, но имеющие близкие химические свойства. Благодаря работам У. Либби по радиоуглеродному анализу, получили применение для абсолютного датирования в археологии
Содержание
Свойства изотопов углерода
Ядра всех изотопы углерода содержат 6 протонов и различаются количеством входящих нейтронов. Их принято обозначать nC, где n — суммарное количество протонов и нейтронов.
Углерод имеет два стабильных изотопа — 12C и 13C и также известны 13 радиоактивных изотопов углерода (от 8C до 22C), из которых один — 14C — встречается в природе . Углерод — лёгкий элемент, и его изотопы значительно различаются по массе, а значит и по физическим свойствам, поэтому во многих природных процессах происходит их разделение — фракционирование.
Изотоп 12C называется легким, 13C тяжелым, а 14C радиогенным.
Легкий и тяжелый изотопы в значительно количнстве образовались при формировании вещества Солнечной системы.
Изотоп 14C образуется при облучении 14N нейтронами по следующей реакции:
- n + 14N → 14C + 1H.
С наибольшей интенсивностью 14C образуется на высоте от 9 до 15 км в высоких широтах, откуда он разносится по поверхности Земного шара и окисляется, до углекилого газа. С небольшой скоростью углерод-14 образуется и в земной коре. Его содержание в атмосферном углероде около 10−12.
Распад радиогенного углерода происходит по следующей реакции:
- 14C - e = 14N
Применение изотопов углерода
Измерение радиоактивности органических веществ растительного и животного происхождения, обусловленной изотопом 14C, применяется для радиоуглеродного анализа возраста старинных предметов и природных образцов.
Стандарты изотопного состава углерода
Для описания изотопного состава углерода применяется стандарт PDB, название которого происходит от белемнитов из формации Peedee в Южной Каролине (США). Эти белемниты были выбраны в качестве стандарта по причине очень однородного изотопного состава.
Фракционирование изотопов углерода в природе
В природе разделение изотопов углерода интенсивно происходит при относительно низких температурах. Растения при фотосинтезе избирательно поглощают легкий изотоп углерода. Cтепень фракционирования зависит от биохимического механизма связывания углерода. Большинство растений интесивно накапливают 12C, и относительное содержание этого изотопа в их составе на 15–25 ‰ выше, чем в атмосфере. В то же время злаковые растения, наболее распространенные в степных ландшафтах, слабо обогащены 12C и отклоняются от состава атмосферы лишь на 3–8 ‰
Фракционирование изотопов углерода происходит при растворении CO2 в воде и его испарении, кристаллизации и т. п.
Большое число научных работ посвящено изотопному составу углерода алмазов.
