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.

Configurazione elettronica del carbonio

Descrizione

Carbonio-8

Lo stesso argomento in dettaglio: 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

Lo stesso argomento in dettaglio: 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

Lo stesso argomento in dettaglio: 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

Lo stesso argomento in dettaglio: 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

Lo stesso argomento in dettaglio: Carbonio.

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

Lo stesso argomento in dettaglio: 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

Lo stesso argomento in dettaglio: Carbonio-14.

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
						β- (2.1%)	16N
17C	6	11	17.022586(19)	193(5) ms	+3/2	β- (71.59%)	17N
						β-, n (28.41%)	16N
18C	6	12	18.02676(3)	92(2) ms	+3/2	β- (68.5%)	18N
						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
						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	-

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