نظائر الكربون

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

للكربون ( 6C ) 14 نظيراً معروفاً ، من أصل 8من ج إلى 20ج وكذلك 22ج ، منها 12 فقطج و 13الكربون مستقر. أطول نظير مشع عمراً هو 14يبلغ عمر النصف للكربون-14 حوالي 5700 عام. وهو أيضًا النظير المشع الوحيد للكربون الموجود في الطبيعة، حيث تتشكل كميات ضئيلة منه بشكل كوني من خلال التفاعل 14.N + n → 14ج + 1ح . النظير المشع الاصطناعي الأكثر استقرارًا هو 11يبلغ عمر النصف للكربون -14 (C -14) 20.34 دقيقة. أما باقي النظائر المشعة، فيقل عمر النصف لها عن 20 ثانية، ومعظمها أقل من 200 مللي ثانية. تتحلل النظائر الأخف وزنًا إلى نظائر البورون عبر اضمحلال بيتا الموجب، بينما تتحلل النظائر الأثقل وزنًا إلى نظائر النيتروجين عبر اضمحلال بيتا السالب، مع العلم أنه عند الحدود القصوى، يحدث انبعاث جسيمات أيضًا. يتحلل أخف نظيرين إلى الهيليوم عبر نظائر قصيرة العمر من الليثيوم والبريليوم والبورون.

قائمة النظائر

نوكليودZشمالالكتلة النظيرية ( دالتون ) [ 4 ] [ ن 1 ]سنة الاكتشاف [ 5 ]نصف العمر [ 1 ] [ عرض الرنين ]نمط الاضمحلال [ 1 ] [ n 2 ]النظير الابن [ n 3 ]الدوران والتكافؤ [ 1 ] [ n 4 ] [ n 5 ]الوفرة الطبيعية ( الكسر المولي) 
النسبة الطبيعية [ 1 ]نطاق التباين
8ج628.037 643 (20)19743.5(1.4)  zs [230(50)  كيلو إلكترون فولت ]2 بنس6كن [ ن 6 ]0+
9ج639.031 0372 (23)1964126.5(9)  مللي ثانيةβ + (54.1 (1.7)٪ )9ب [ ن 7 ]3/2−
β + α (38.4 (1.6)٪ )5لي [ ن 7 ]
β + p (7.5(6)% )8كن [ رقم 7 ]
10ج6410.016 853 22 (8)194919.3011(15)  ثانيةβ +10ب0+
11ج [ ن 8 ]6511.011 432 60 (6)193420.3402(53)  دقيقةβ +11ب3/2−
12ج6612 بالضبط [ ن 9 ]1919مستقر0+[0.9884 ،0.9904 ] [ 6 ]
13ج [ ن 10 ]6713.003 354 835 336 (252)1929مستقرنصف -[0.0096 ،0.0116 ] [ 6 ]
14ج [ ن 11 ]6814.003 241 989 (4)19365.70(3) × 10 3  صβ −14شمال0+أثر [ رقم 12 ]
15ج6915.010 5993 (9)19502.449(5)  ثانيةβ −15شمالنصف+
16ج61016.014 701 (4)1961750(6)  مللي ثانيةβ − n (99.0(3)% )15شمال0+
β − (1.0(3)% )16شمال
17ج61117.022 579 (19)1968193(6)  مللي ثانيةβ − (71.6 (1.3)٪ )17شمال3/2+
β − n (28.4 (1.3)٪ )16شمال
β − 2n  ؟15ن  ؟
18ج61218.026 75 (3)196992(2)  مللي ثانيةβ − (68.5 (1.5)٪ )18شمال0+
β − n (31.5(1.5)% )17شمال
β − 2n  ؟16ن  ؟
19ج [ ن 13 ]61319.034 80 (11)197446.2(2.3)  مللي ثانيةβ − n (47(3)% )18شمالنصف+
β − (46.0 (4.2)٪ )19شمال
β − 2n (7(3)% )17شمال
20ج61420.040 26 (25)198116(3)  مللي ثانيةβ − n (70(11)% )19شمال0+
β − 2n (<18.6% )18شمال
β − (>11.4% )20شمال
21ج61521.049 00 (64) #(2015)<30  نانوثانيةن  ؟20ج  ؟نصف رطل
22ج [ ن 14 ]61622.057 55 (25)19866.2(1.3)  مللي ثانيةβ − n (61(14)% )21شمال0+
β − 2n (<37% )20شمال
β − (>2% )22شمال
رأس وتذييل هذا الجدول:
  • منظر
  1. ↑ () – يتم إعطاء عدم اليقين (1 σ ) بشكل موجز بين قوسين بعد الأرقام الأخيرة المقابلة. 
  2. ↑ أنماط التحلل:
    المفوضية الأوروبية:التقاط الإلكترون
    ن:انبعاث النيوترونات
    ص:انبعاث البروتون
  3. ↑ رمز غامق كعلامة فرعية – المنتج الفرعي مستقر. 
  4. ↑ () قيمة الدوران - تشير إلى الدوران مع وسائط التعيين الضعيفة. 
  5. ↑ # – القيم المميزة بـ # ليست مستمدة بشكل كامل من البيانات التجريبية، ولكنها مستمدة جزئيًا على الأقل من اتجاهات النوى المجاورة (TNN). 
  6. ↑ كما أنه يطلق بروتونين على الفور للتفاعل الكلي البالغ 8ج → 4هو + 4 1 ح
  7. 1 2 3 جميع نوى الناتج الثلاثة غير مرتبطة، وبالتالي فإن التفاعل الكلي في كل حالة هو 9ج → 2 4 هو + 1H + e +
  8. ↑ يُستخدم لوضع علامات على الجزيئات في فحوصات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)
  9. ↑ يتم تعريف الدالتون على أنه 1/12 من كتلة ذرة الكربون-12 غير المرتبطة في حالتها الأرضية.
  10. ↑ نسبة الكربون -12 إلى الكربون -13 المستخدمة لقياس الإنتاجية البيولوجية في العصور القديمة وأنواع مختلفة من عملية التمثيل الضوئي
  11. ↑ له استخدام مهم في التأريخ الإشعاعي (انظر التأريخ بالكربون المشع )
  12. ↑ إشعاع كوني في الأساس، ينتج عن اصطدام النيوترونات بذرات 14ن ( 14N + n → 14ج + 1H ), <10 −12
  13. ↑ يحتوي على نيوترون هالة واحد
  14. ↑ يحتوي على نيوترونين هاليين

الكربون-11

الكربون-11 أو 11الكربون-14 هو نظير مشع للكربون يتحلل إلى البورون-11 بنصف عمر يبلغ 20.34 دقيقة. يحدث هذا التحلل بشكل رئيسي نتيجة انبعاث البوزيترون ، بينما تحدث نسبة تتراوح بين 0.19% و0.23% من حالات التحلل عن طريق التقاط الإلكترون . [ 7 ] [ 8 ]

11ج → 11ب + هـ ++ νهـ +0.96 ميغا إلكترون فولت 
11ج + هـ −→ 11ب + νهـ +1.98  ميغا إلكترون فولت

يتم إنتاجه عن طريق ضرب النيتروجين ببروتونات تبلغ طاقتها حوالي 16.5 ميغا إلكترون فولت في السيكلوترون . ويتسبب ذلك في تفاعل ماص للحرارة [ 9 ] [ 10 ].

14N + p → 11ج + 4He − 2.92  MeV

ويمكن إنتاجه أيضًا عن طريق تجزئة 12ج عن طريق إطلاق طاقة عالية 12ج عند الهدف. [ 11 ]

يُستخدم الكربون-11 بشكل شائع كنظير مشع لوسم الجزيئات إشعاعيًا في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني . ومن بين الجزيئات العديدة المستخدمة في هذا السياق، الروابط الإشعاعية [ 11].C ]DASB و [ 11[C ]Cimbi-5 . نظرًا لقصر عمر النصف، يجب أن تكون التفاعلات الكيميائية المستخدمة لمعالجة النظير المشع فور توليده ودمجه في جزيء حيوي فعالة. تشمل الوسائط الرئيسية الشائعة الفوسجين [ 11C ]، [ 12 ] [ 13 ] لتفاعلات الكربوكسيل ، على الرغم من أن مركبات وسيطة أخرى، مثل فلوريد الكربونيل [ 11C ] وثاني أكسيد الكربون [ 11C ]، قيد الدراسة أيضًا. [ 14 ] أما بالنسبة للمثيلة ، فيُستخدم يوديد الميثيل [ 11C ] ومركبات وسيطة مشابهة. [ 14 ]

النظائر المستقرة

يشكل الكربون-12 والكربون-13 ما يقارب 98.9% و1.1% (على التوالي) من الكربون الموجود طبيعيًا على سطح الأرض. [ 2 ] ومع ذلك، قد تختلف نسبة الكربون -13 المستقر والكربون -12 المستقر في المادة الواحدة نتيجةً لاختلافات في مصدر المادة الأولية والتجزئة النظيرية الناتجة عن مجموعة متنوعة من العمليات البيوجيوكيميائية. تُقاس كميات النظائر المختلفة عادةً باستخدام مطياف الكتلة لنسب النظائر، ويُعبَّر عنها بأجزاء في الألف (‰ أو "لكل ألف") من نسبة معيار قياسي: [ 15 ]

دلتاج13=((ج13ج12)عينة(ج13ج12)معيار-1)×1000{\displaystyle \delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{sample}}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{standard}}}}-1\right)\times 1000}‰

كان بيليمنايت بيدي ("PDB")، وهو أحفورة بيليمنايت ، المعيار المرجعي الأصلي المستخدم لتوحيد قيم نسب النظائر. ونظرًا لنضوب مخزون PDB الأصلي، يُستخدم اليوم بشكل عام "فيينا PDB" أو "VPDB" الاصطناعي. [ 16 ]

المناخ القديم

12ج و 13يُقاس الكربون -13 كنسبة نظائر الكربون -13 (δ13C ) في المنخربات القاعية ، ويُستخدم كمؤشر لدورة المغذيات وتبادل ثاني أكسيد الكربون بين الهواء والبحر (التهوية) الذي يعتمد على درجة الحرارة . [ 17 ] تجد النباتات أنه من الأسهل استخدام النظير الأخف ( 12).ج ) عندما تحول ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى غذاء. على سبيل المثال، تمتص التجمعات الكبيرة من العوالق (الكائنات الحية الطافية) كميات كبيرة من 12ج من المحيطات. في الأصل، 12تم دمج الكربون في مياه البحر بشكل رئيسي من الغلاف الجوي. إذا كانت المحيطات التي يعيش فيها العوالق مُطبقة (أي أن هناك طبقات من المياه الدافئة بالقرب من السطح، ومياه أبرد في الأعماق)، فإن مياه السطح لا تختلط كثيرًا بالمياه العميقة، لذلك عندما تموت العوالق، فإنها تغرق وتأخذ معها 12C من السطح، مما يجعل الطبقات السطحية غنية نسبياً بـ 13ج . عندما تصعد المياه الباردة من الأعماق (كما هو الحال في شمال المحيط الأطلسي )، تحمل المياه 12ج- ارجع إلى ذلك؛ عندما كان المحيط أقل تدرجًا في الطبقات مما هو عليه اليوم، كان هناك أكثر بكثير 12يوجد الكربون في هياكل الأنواع التي تعيش على سطح الماء. وتشمل المؤشرات الأخرى للمناخ الماضي وجود أنواع استوائية وحلقات نمو المرجان. [ 18 ]

تتبع مصادر الغذاء والأنظمة الغذائية

تختار مسارات التمثيل الضوئي المختلفة بشكل تفضيلي اللون الأخف وزناً (12).C ، لكن انتقائيتها تختلف. تتبع الأعشاب في المناخات المعتدلة ( الشعير ، والأرز ، والقمح ، والجاودار ، والشوفان ، بالإضافة إلى عباد الشمس ، والبطاطا ، والطماطم ، والفول السوداني ، والقطن ، وبنجر السكر ، ومعظم الأشجار وثمارها، والورود ، وعشب كنتاكي الأزرق ) مسارًا ضوئيًا من نوع C3 ينتج عنه قيم δ13C بمتوسط ​​حوالي -26.5‰. أما الأعشاب في المناخات الحارة الجافة ( الذرة على وجه الخصوص، ولكن أيضًا الدخن ، والذرة الرفيعة ، وقصب السكر ، وعشب السلطعون ) فتتبع مسارًا ضوئيًا من نوع C4 ينتج عنه قيم δ13C بمتوسط ​​حوالي -12.5‰. [ 19 ]

وبناءً على ذلك، فإن تناول هذه النباتات المختلفة سيؤثر على قيم δ 13 C في أنسجة جسم المستهلك. فإذا تناول حيوان (أو إنسان) نباتات C3 فقط، فإن قيم δ 13 C ستتراوح بين -18.5 و-22.0‰ في كولاجين عظامه ، و-14.5‰ في هيدروكسيلاباتيت أسنانه وعظامه. [ 20 ]

في المقابل، سيكون لدى مغذيات C4 كولاجين عظمي بقيمة −7.5‰ وقيمة هيدروكسيلاباتيت بقيمة −0.5‰.

في دراسات الحالة، يمكن التمييز بسهولة بين آكلي الدخن والذرة وآكلي الأرز والقمح. ويمكن لدراسة كيفية توزيع هذه التفضيلات الغذائية جغرافيًا عبر الزمن أن تسلط الضوء على مسارات هجرة السكان وانتشار المحاصيل الزراعية المختلفة. ومع ذلك، غالبًا ما خلطت الجماعات البشرية بين نباتات C3 و C4 ( اعتمد سكان شمال الصين تاريخيًا على القمح والدخن)، أو خلطت بين مجموعات نباتية وحيوانية (على سبيل المثال، اعتمد سكان جنوب شرق الصين على الأرز والأسماك). [ 21 ]

الكربون-14

يوجد الكربون-14 (المعروف أيضًا باسم الكربون المشع) بكميات ضئيلة ويبلغ عمر النصف له 5700 سنة. المصدر الرئيسي للكربون -14الكربون على الأرض هو تفاعل 14يتفاعل النيتروجين مع النيوترونات الحرارية من الإشعاع الكوني في الغلاف الجوي العلوي؛ ويختلط هذا المزيج في جميع أنحاء الغلاف الجوي، وتتضمن العمليات البيولوجية مثل عملية التمثيل الضوئي 14يدخل الكربون إلى الكائنات الحية. وبما أن الكائنات الحية تتوقف عن امتصاصه، فإن 14ج- عند الوفاة، قياس كمية 14يمكن استخدام الكربون المشع في العينة لتقدير عمرها. تُعرف هذه التقنية باسم التأريخ بالكربون المشع ، وهي إحدى الطرق الرئيسية للتأريخ الإشعاعي في مجال علم الآثار.

انظر أيضاً

منتجات ثانوية غير الكربون

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 كونديڤ، إف جي؛ وانغ، إم؛ هوانغ، دبليو جي؛ نعيمي، إس؛ أودي، جي. (2021). "تقييم NUBASE2020 للخواص النووية" (ملف PDF) . الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  2. 1 2 "الأوزان الذرية القياسية: الكربون" . CIAAW . 2009.
  3. ↑ بروهاسكا، توماس؛ إيرجيهير، جوهانا؛ بينيفيلد، جاكلين؛ بوهلكه، جون ك.؛ تشيسون، ليزلي أ.؛ كوبلين، تايلر ب.؛ دينغ، تيبينغ؛ دان، فيليب جيه إتش؛ غرونينغ، مانفريد؛ هولدن، نورمان إي.؛ ماير، هارو إيه جيه (2022-05-04). "الأوزان الذرية القياسية للعناصر 2021 (تقرير فني من الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية)" . الكيمياء البحتة والتطبيقية . doi : 10.1515/pac-2019-0603 . ISSN 1365-3075 . 
  4. ↑ وانغ، مينغ؛ هوانغ، دبليو جيه؛ كونديڤ، إف جي؛ أودي، جي؛ نعيمي، إس. (2021). "تقييم الكتلة الذرية AME 2020 (الجزء الثاني). الجداول والرسوم البيانية والمراجع*". الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  5. ↑ مجموعة بيانات FRIB النووية. "مشروع اكتشاف النويدات، قاعدة بيانات النظائر" . doi : 10.11578/frib/2279152 .
  6. 1 2 "الوزن الذري للكربون" . CIAAW .
  7. ↑ سكوبي، ج.؛ لويس، ج.م. (1 سبتمبر 1957). "التقاط البوتاسيوم في الكربون 11". المجلة الفلسفية . 2 (21): 1089-1099 . Bibcode : 1957PMag....2.1089S . doi : 10.1080/14786435708242737 .
  8. ↑ كامبل، جيه إل؛ ليبر، دبليو؛ ليدينغهام، كيه دبليو دي؛ دريفر، آر دبليو بي (11 أبريل 1967). "نسبة التقاط البوتاسيوم إلى انبعاث البوزيترون في تحلل الكربون -11 ". الفيزياء النووية أ . 96 (2): 279-287 . Bibcode : 1967NuPhA..96..279C . doi : 10.1016/0375-9474(67)90712-9 .
  9. ↑ "إنتاج الكربون-11 وتحويله" . موسوعة المجتمع العلمي .
  10. ↑ لو، شويو؛ وآخرون . (18 يناير 2024). "تحولات الطور الغازي في كيمياء الكربون-11" . المجلة الدولية للعلوم الجزيئية . 25 (2): 1167. doi : 10.3390 / ijms25021167 . PMC 10816134. PMID 38256240 .   
  11. ↑ داريا بوسكولو وآخرون (2025). "العلاج الموجه بالصور لأورام الفئران باستخدام حزم الأيونات المشعة" . مجلة نيتشر فيزيكس . 21 (10): 1648-1656 . arXiv : 2409.14898 . Bibcode : 2025NatPh..21.1648B . doi : 10.1038/ s41567-025-02993-8 . PMC 12518140. PMID 41098546 .   
  12. ↑ " [ C-11 ] الفوسجين: كاشف متعدد الاستخدامات لإدخال الكربونيل المشع في المتتبعات الإشعاعية الطبية للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني" .
  13. ^ نيشيجيما، كين إيتشي؛ كوجي، يوجي؛ سيكي، كوه إيتشي؛ أوكورا، كازو؛ موتوكي، نوريكو؛ ناجاتسو، كوتارو؛ تاناكا، أكيرا؛ تسوكاموتو، إيريكو؛ تاماكي ، ناجارا (2002). "توليف مبسط ومحسن للفوسجين [11C] مع الحديد وأكسيد الحديد (III)". الطب النووي والبيولوجيا . 29 (3): 345–350 . دوى : 10.1016/S0969-8051(01)00310-9 . بميد 11929705 . 
  14. 1 2 بو، جون بول جيه؛ ريس، باتريك جيه (2021). "إدخال الكربونيل الخالي من الفوسجين: تطورات مهمة في كيمياء الكربون -11 " . الكيمياء - الأساليب . 1 (3): 139-141 . doi : 10.1002/cmtd.202000029 .
  15. ↑ ميلر، تشارلز ب.؛ ويلر، باتريشيا (2012). علم المحيطات البيولوجي ( الطبعة الثانية). تشيتشستر، غرب ساسكس: جون وايلي وأولاده المحدودة. ص 186. ISBN   9781444333022. OCLC 794619582 . 
  16. ↑ فاور، غونتر؛ مينسينغ، تيريزا م. (2005). "الكربون 27". النظائر: المبادئ والتطبيقات ( الطبعة الثالثة). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. ISBN  978-81-265-3837-9.
  17. ↑ لينش-شتيغليتز، جان؛ ستوكر، توماس ف.؛ برويكر، والاس س.؛ فيربانكس، ريتشارد ج. (1995). "تأثير التبادل بين الهواء والبحر على التركيب النظائري للكربون المحيطي: ملاحظات ونمذجة" . دورات الجيوكيمياء العالمية . 9 (4): 653-665 . Bibcode : 1995GBioC...9..653L . doi : 10.1029/95GB02574 . S2CID 129194624 . 
  18. ↑ تيم فلانري، صانعو الطقس: تاريخ ومستقبل تغير المناخ ، شركة ذا تكست للنشر، ملبورن، أستراليا. رقم ISBN 1-920885-84-6
  19. ↑ أوليري، ماريون هـ. (مايو 1988). "نظائر الكربون في عملية التمثيل الضوئي" (ملف PDF) . مجلة العلوم البيولوجية . 38 (5): 328-336 . doi : 10.2307/1310735 . JSTOR 1310735. S2CID 29110460. تاريخ الاسترجاع: 17 نوفمبر 2022 .  
  20. ↑ تايكوت، آر إتش (2004). إم. مارتيني؛ إم. ميلازو؛ إم. بياشنتيني (محررون). "النظائر المستقرة والنظام الغذائي: أنت ما تأكله" (ملف PDF) . وقائع الدورة الرابعة عشرة من المدرسة الدولية للفيزياء "إنريكو فيرمي" .
  21. ↑ ريتشارد، هيدجز (2006). "من أين يأتي البروتين؟" . المجلة البريطانية للتغذية . 95 (6): 1031-1032 . doi : 10.1079/bjn20061782 . PMID 16768822 .