탄소는 원자량 8~22 사이에 총 15개의 동위 원소가 알려져 있다. 이들 중 12C와 13C는 안정 동위 원소이다. 방사성 동위 원소 중 가장 안정한 것은 14C로 반감기가 약 5700년이며, 자연에도 미량 존재한다. 인공 방사성 동위원소 가운데 반감기가 가장 짧은 것은 8C(3.5×10-21초)이다.
탄소의 표준 원자량은 12.0107(8)u이다.
탄소-12
탄소-12는 안정 동위 원소로 탄소 동위 원소 중 98.9%를 차지한다. 1961년 탄소-12 원자 1개 질량의 1/12를 원자 질량 단위가 채택된 이래 원자 질량의 기준으로 사용되고 있으며, 이 정의에 따라 탄소-12의 원자 질량은 정확히 12가 된다. 이전까지는 산소를 원자 질량의 기준으로 삼았으나, 화학자들은 산소 동위 원소의 비율을 고려한 단위를, 물리학자들은 산소-16만을 기준으로 한 단위를 사용하여 미세한 오차가 발생하였기 때문에 통일된 것이다.[1]
탄소-13
탄소-13은 탄소의 안정 동위 원소의 하나로, 전체 탄소의 1.1%를 차지한다. 핵 스핀이 1/2-이므로 유기 화합물의 구조를 알아내는데 사용하는 NMR 실험에 사용된다.
탄소-14
탄소-14는 '동위성 탄소'라고도 하며, 약 5730년의 반감기를 거쳐 β- 붕괴하여 질소-14(14N)가 된다. 자연에는 극미량(전체 탄소의 약 1조 분의 1) 존재하며, 1936년에 처음으로 그 존재가 관찰되었다.[2] 지상 9km에서 우주선에 의해 생성되는 중성자가 질소-14와 반응하여 생성되며, 그 양이 일정하게 유지되나, 대기권에서 행해지는 핵실험에 의해 변동이 있을 수 있다. 유기물 시료 속에 존재하는 다른 탄소 동위 원소와의 비율을 조사하여 방사성 탄소 연대 측정법에 이용되며, 대략 5만 년까지의 연대를 측정할 수 있다.
표
| 핵자 수 |
Z(p) | N(n) | 동위 원소 질량 (u) |
반감기 | 붕괴 방식 | 붕괴 생성 동위 원소 |
핵 스핀 |
자연계에 존재하는 동위 원소 범위 (몰 분율) |
자연계에 존재하는 최대 범위 (몰 분율) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 8C | 6 | 2 | 8.037675(25) | 2.0(4) × 10−21 s [230(50) keV] |
2p | 6Be | 0+ | ||
| 9C | 6 | 3 | 9.0310367(23) | 126.5(9) ms | β+ (60%) | 9B | (3/2-) | ||
| β+, p (23%) | 8Be | ||||||||
| β+, α (17%) | 5Li | ||||||||
| 10C | 6 | 4 | 10.0168532(4) | 19.290(12) s | β+ | 10B | 0+ | ||
| 11C | 6 | 5 | 11.0114336(10) | 20.334(24) min | β+ (99.79%) | 11B | 3/2- | ||
| K-포획 (0.21%) | 11B | ||||||||
| 12C | 6 | 6 | 12 (원자 질량의 기준) | 안정 | 0+ | 0.9893(8) | 0.98853-0.99037 | ||
| 13C | 6 | 7 | 13.0033548378(10) | 안정 | 1/2- | 0.0107(8) | 0.00963-0.01147 | ||
| 14C | 6 | 8 | 14.003241989(4) | 5,730y | β− | 14N | 0+ | 미량 | <10−12 |
| 15C | 6 | 9 | 15.0105993(9) | 2.449(5) s | β− | 15N | 1/2+ | ||
| 16C | 6 | 10 | 16.014701(4) | 0.747(8) s | β−, n (97.9%) | 15N | 0+ | ||
| β− (2.1%) | 16N | ||||||||
| 17C | 6 | 11 | 17.022586(19) | 193(5) ms | β− (71.59%) | 17N | (3/2+) | ||
| β−, n (28.41%) | 16N | ||||||||
| 18C | 6 | 12 | 18.02676(3) | 92(2) ms | β− (68.5%) | 18N | 0+ | ||
| β−, n (31.5%) | 17N | ||||||||
| 19C | 6 | 13 | 19.03481(11) | 46.2(23) ms | β−, n (47.0%) | 18N | (1/2+) | ||
| β− (46.0%) | 19N | ||||||||
| β−, 2n (7%) | 17N | ||||||||
| 20C | 6 | 14 | 20.04032(26) | 16(3) ms [14(+6-5) ms] |
β−, n (72.0%) | 19N | 0+ | ||
| β− (28.0%) | 20N | ||||||||
| 21C | 6 | 15 | 21.04934(54)# | <30 ns | n | 20C | (1/2+)# | ||
| 22C | 6 | 16 | 22.05720(97)# | 6.2(13) ms [6.1(+14-12) ms] |
β− | 22N | 0+ | ||
같이 보기
각주
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