Isótopos del carbono

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El carbono ( _{6 C) tiene 14} isótopos conocidos , desde⁸
do
a²⁰
do
así como²²
do
, de los cuales¹²
do
y¹³
do
son estables . El radioisótopo de vida más larga es¹⁴
do
, con una vida media de5,70(3) × 10 ³ años. Este es también el único radioisótopo de carbono que se encuentra en la naturaleza, ya que se forman cantidades mínimas cosmogénicas mediante la reacción¹⁴
norte
+
norte
→¹⁴
do
+¹
yo
El radioisótopo artificial más estable es¹¹
do
, que tiene una vida media de20,3402(53) min . Todos los demás radioisótopos tienen vidas medias inferiores a 20 segundos, la mayoría de menos de 200 milisegundos. El isótopo menos estable es⁸
do
, con una vida media de3,5(1,4) × 10 ⁻²¹  s . Los isótopos ligeros tienden a desintegrarse en isótopos de boro y los pesados ​​tienden a desintegrarse en isótopos de nitrógeno .

Carbono-11 o¹¹
do
es un isótopo radiactivo del carbono que se desintegra en boro-11 . Esta desintegración se produce principalmente por emisión de positrones , y alrededor del 0,19-0,23 % de las desintegraciones se producen por captura de electrones . ^{[6] [7]} Tiene una vida media de20.3402(53) mín .

¹¹
do
→¹¹
B
+
mi⁺
+
no
_mi+0,96  MeV

¹¹
do
+
mi⁻
→¹¹
B
+
no
_mi+1,98 MeV

Se produce al chocar el nitrógeno con protones de alrededor de 16,5 MeV en un ciclotrón . Esto provoca la reacción endotérmica ^{[8] [9]}

¹⁴
norte
+
pag
→¹¹
do
+⁴
Él
- 2,92 MeV

También puede producirse por fragmentación de¹²
do
disparando alta energía¹²
do
hacia un objetivo. ^[10]

El carbono-11 se utiliza habitualmente como radioisótopo para el marcaje radiactivo de moléculas en la tomografía por emisión de positrones . Entre las numerosas moléculas utilizadas en este contexto se encuentran los radioligandos [¹¹
do
]DASB y [¹¹
do
]Cimbi-5 .

Hay tres isótopos de carbono presentes en la naturaleza: 12, 13 y 14.¹²
do
y¹³
do
son estables y se presentan en una proporción natural de aproximadamente 93:1 .¹⁴
do
Se produce por neutrones térmicos de la radiación cósmica en la atmósfera superior y se transporta hasta la Tierra para ser absorbido por el material biológico vivo. Isotópicamente,¹⁴
do
constituye una parte insignificante; pero, dado que es radiactivo con una vida media de5,70(3) × 10 ³ años, es detectable radiométricamente. Dado que el tejido muerto no absorbe¹⁴
do
, la cantidad de¹⁴
do
Es uno de los métodos utilizados dentro del campo de la arqueología para la datación radiométrica de material biológico.

¹²
do
y¹³
do
Se miden como la relación isotópica δ ¹³ C en foraminíferos bentónicos y se utilizan como un indicador del ciclo de nutrientes y del intercambio aire-mar dependiente de la temperatura de CO ₂ (ventilación). ^[11] A las plantas les resulta más fácil utilizar los isótopos más ligeros (¹²
do
) cuando convierten la luz solar y el dióxido de carbono en alimento. Por ejemplo, las grandes floraciones de plancton (organismos que flotan libremente) absorben grandes cantidades de¹²
do
de los océanos. Originalmente, el¹²
do
El plancton se incorporó al agua del mar en su mayor parte desde la atmósfera. Si los océanos en los que vive el plancton están estratificados (es decir, hay capas de agua cálida cerca de la superficie y agua más fría más abajo), entonces el agua de la superficie no se mezcla mucho con las aguas más profundas, de modo que cuando el plancton muere, se hunde y se lleva¹²
do
de la superficie, dejando las capas superficiales relativamente ricas en¹³
do
. Allí donde las aguas frías brotan de las profundidades (como en el Atlántico Norte ), el agua transporta¹²
do
retroceda con él; cuando el océano estaba menos estratificado que hoy, había mucho más¹²
do
en los esqueletos de las especies que habitan en la superficie. Otros indicadores del clima pasado incluyen la presencia de especies tropicales y anillos de crecimiento de coral. ^[12]

Las cantidades de los diferentes isótopos se pueden medir mediante espectrometría de masas y comparar con un estándar ; el resultado (por ejemplo, el delta del¹³
do
= δ¹³
do
) se expresa como partes por mil (‰) de divergencia con respecto a la relación de un estándar: ^[13]

${\displaystyle \delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{muestra}}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{estándar}}}}-1\right)\times 1000}$‰

El estándar habitual es Peedee Belemnite , abreviado "PDB", un belemnite fósil . Debido a la escasez de la muestra PDB original, en la actualidad se utiliza generalmente un "PDB virtual" artificial o "VPDB". ^[14]

Los isótopos estables de carbono en el dióxido de carbono son utilizados diferencialmente por las plantas durante la fotosíntesis . ^{[ cita requerida ]} Las gramíneas en climas templados ( cebada , arroz , trigo , centeno y avena , además de girasol , papa , tomates , maní , algodón , remolacha azucarera y la mayoría de los árboles y sus nueces o frutas, rosas y pasto azul de Kentucky ) siguen una ruta fotosintética C3 que producirá valores de δ ^{13 C que promedian alrededor de −26,5‰. [ cita requerida ]} Las gramíneas en climas cálidos y áridos ( maíz en particular, pero también mijo , sorgo , caña de azúcar y pasto de cangrejo ) siguen una ruta fotosintética C4 que produce valores de δ ^{13 C que promedian alrededor de −12,5‰. [15]}

De ello se desprende que el consumo de estas diferentes plantas afectará a los valores de δ ¹³ C en los tejidos corporales del consumidor. Si un animal (o un ser humano) come solo plantas C3, sus valores de δ ¹³ C serán de -18,5 a -22,0‰ en el colágeno de sus huesos y de -14,5‰ en la hidroxiapatita de sus dientes y huesos. ^[16]

Por el contrario, los alimentadores C4 tendrán colágeno óseo con un valor de -7,5‰ y un valor de hidroxiapatita de -0,5‰.

En estudios de casos reales, los consumidores de mijo y maíz pueden distinguirse fácilmente de los consumidores de arroz y trigo. Estudiar cómo se distribuyen geográficamente estas preferencias alimentarias a lo largo del tiempo puede arrojar luz sobre las rutas migratorias de las personas y las rutas de dispersión de diferentes cultivos agrícolas. Sin embargo, los grupos humanos a menudo han mezclado plantas C3 y C4 (los chinos del norte subsistían históricamente a base de trigo y mijo), o han mezclado grupos de plantas y animales (por ejemplo, los chinos del sudeste subsistían a base de arroz y pescado). ^[17]

• Isótopos cosmogénicos
• Isótopos ambientales
• Firma isotópica
• Datación por radiocarbono