碳的同位素

主要的碳同位素
标准原子质量（英语：Standard atomic weight） (Ar, 标准)	[12.0096, 12.0116]; 传统: 12.011;
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碳（原子量：12.0107(8)）共有15个已知同位素，质量数介于8-22之间，其中有2个是稳定的，其他都具有放射性。天然存在的碳同位素有3个，分别是稳定的¹²C、¹³C和具放射性的¹⁴C，其中¹⁴C在自然界中仅痕量存在，为宇宙射线所产生。其余同位素都不出现在自然界中，只有在实验室制造出来过，且半衰期都很短，非常不稳定。

常见的碳同位素

碳-11

碳-11是碳的一个人造放射性同位素，半衰期约20.334分钟。绝大多数的碳-11会透过β⁺衰变衰变为硼-11，其过程会发射出正子，而有少部分的(约0.19–0.23%)的碳-11会透过电子捕获衰变为硼-11^[2]^[3]。

11
C
→ 11
B
+
e+
+
ν
e + 0.96 MeV

11
C
+
e−
→ 11
B
+
ν
e + 1.98 MeV

碳-11可以利用氮透过粒子加速器以下列反应制备：

14
N
+
p
→ 11
C
+ 4
He

正电子发射计算机断层扫描中的放射线标记分子通常会使用含有放射性碳同位素碳-11的放射性分子，例如[11
C
]DASB（英语：DASB）^[4]和[11
C
]Cimbi-5（英语：25I-NBOMe）^[5]^[6]。

碳-12

碳-12是碳的稳定同位素之一。其相对丰度是98.9%，是自然界中最普遍的碳同位素。

碳-13

碳-13是碳的稳定同位素之一。其相对丰度是1.1%。

碳-14

碳-14是碳的放射性同位素之一，半衰期约5730年。碳-14是碳唯一的天然放射性同位素，在自然界中痕量存在，为宇宙射线作用下发生¹⁴N + ¹n → ¹⁴C + ¹H反应而产生。

由于碳是有机物所含的元素之一，我们可以根据死亡生物体的体内残余碳-14的量来推断它的存在年龄，称为放射性碳定年法。

图表

符号	Z	N	同位素质量（u） ^{[n 1]}^{[n 2]}	半衰期 ^{[n 2]}	衰变方式^[7]	衰变产物 ^{[n 3]}	原子核自旋^{[n 1]}	相对丰度（莫耳分率）^{[n 2]}	相对丰度的变化量（莫耳分率）
⁸C	6	2	8.037675(25)	2.0(4) × 10⁻²¹ s [230(50) keV]	2p	6 Be ^{[n 4]}	0+
⁹C	6	3	9.0310367(23)	126.5(9) ms	β⁺ (60%)	9 B ^{[n 5]}	(3/2−)
					β⁺, p (23%)	8 Be ^{[n 6]}
					β⁺, α (17%)	5 Li ^{[n 7]}
¹⁰C	6	4	10.0168532(4)	19.290(12) s	β⁺	10 B	0+
11 C ^{[n 8]}	6	5	11.0114336(10)	20.334(24) min	β⁺ (99.79%)	11 B	3/2−
11 C ^{[n 8]}	6	5	11.0114336(10)	20.334(24) min	ε (.21%)^[2]^[3]	11 B	3/2−
12 C	6	6	12 确定的整数^{[n 9]}	稳定			0+	0.9893(8)	0.98853–0.99037
13 C ^{[n 10]}	6	7	13.0033548378(10)	稳定			1/2−	0.0107(8)	0.00963–0.01147
14 C ^{[n 11]}	6	8	14.003241989(4)	5,730 years	β⁻	14 N	0+	痕量^{[n 12]}或天然放射性	<10⁻¹²
¹⁵C	6	9	15.0105993(9)	2.449(5) s	β⁻	15 N	1/2+
¹⁶C	6	10	16.014701(4)	0.747(8) s	β⁻, n (97.9%)	15 N	0+
¹⁶C	6	10	16.014701(4)	0.747(8) s	β⁻ (2.1%)	16 N	0+
¹⁷C	6	11	17.022586(19)	193(5) ms	β⁻ (71.59%)	17 N	(3/2+)
¹⁷C	6	11	17.022586(19)	193(5) ms	β⁻, n (28.41%)	16 N	(3/2+)
¹⁸C	6	12	18.02676(3)	92(2) ms	β⁻ (68.5%)	18 N	0+
¹⁸C	6	12	18.02676(3)	92(2) ms	β⁻, n (31.5%)	17 N	0+
¹⁹C^{[n 13]}	6	13	19.03481(11)	46.2(23) ms	β⁻, n (47.0%)	18 N	(1/2+)
					β⁻ (46.0%)	19 N
					β⁻, 2n (7%)	17 N
²⁰C	6	14	20.04032(26)	16(3) ms [14(+6-5) ms]	β⁻, n (72.0%)	19 N	0+
²⁰C	6	14	20.04032(26)	16(3) ms [14(+6-5) ms]	β⁻ (28.0%)	20 N	0+
²¹C	6	15	21.04934(54)#	<30 ns	n	20 C	(1/2+)#
²²C^{[n 14]}	6	16	22.05720(97)#	6.2(13) ms [6.1(+14-12) ms]	β⁻	22 N	0+

^ ^1.0 ^1.1 画上#号的数据代表没有经过实验的证明，仅为理论推测。
^ ^2.0 ^2.1 ^2.2 用括号括起来的数据代表不确定性。
^ 稳定的衰变产物以粗体表示。
^ 这个同位素会马上发射两个质子成⁴He，净反应⁸C -> ⁴He + 4¹H
^ 这个同位素会马上发射一个质子成⁸Be，后者衰变成两个⁴He，净反应⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺
^ 这个同位素会马上衰变成两个⁴He，净反应⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺
^ 这个同位素会马上发射一个质子成⁴He，净反应⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺
^ 正电子发射计算机断层扫描使用的同位素
^ 原子质量单位的定义是静止未键结且处于基态的碳-12质量的1/12
^ ¹²C和¹³C的比例（英语：δ13C）用于测量古代生物的生产力和光合作用
^ 用于放射性碳定年法
^ 宇宙射线同位素（英语：cosmogenic），由中子轰击¹⁴N而成（¹⁴N + ¹n -> ¹⁴C + ¹H）
^ 有一个晕中子（英语：halo nucleus）
^ 有两个晕中子

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参考文献

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Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
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[hash-7] 1.0 ^1.1 画上#号的数据代表没有经过实验的证明，仅为理论推测。

[brackets-8] 2.0 ^2.1 ^2.2 用括号括起来的数据代表不确定性。

[10] 稳定的衰变产物以粗体表示。

[11] 这个同位素会马上发射两个质子成⁴He，净反应⁸C -> ⁴He + 4¹H

[12] 这个同位素会马上发射一个质子成⁸Be，后者衰变成两个⁴He，净反应⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺

[13] 这个同位素会马上衰变成两个⁴He，净反应⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺

[14] 这个同位素会马上发射一个质子成⁴He，净反应⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺

[15] 正电子发射计算机断层扫描使用的同位素

[16] 原子质量单位的定义是静止未键结且处于基态的碳-12质量的1/12

[17] ¹²C和¹³C的比例（英语：δ13C）用于测量古代生物的生产力和光合作用

[18] 用于放射性碳定年法

[19] 宇宙射线同位素（英语：cosmogenic），由中子轰击¹⁴N而成（¹⁴N + ¹n -> ¹⁴C + ¹H）

[20] 有一个晕中子（英语：halo nucleus）

[21] 有两个晕中子

[CIAAW2013-1] Meija, Juris; et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[c11-2] 2.0 ^2.1 Scobie, J.; Lewis, G. M. K-capture in carbon 11. Philosophical Magazine. 1 September 1957, 2 (21): 1089–1099 [27 March 2012]. Bibcode:1957PMag....2.1089S. doi:10.1080/14786435708242737. （原始内容存档于2019-07-24）.

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[4] Sudha Garg; Shankar R. Thopate; Richard C. Minton; Kimberly W. Black; Andrew J. H. Lynch; Pradeep K. Garg. 3-Amino-4-(2-((4-[18F]fluorobenzyl)methylamino)methylphenylsulfanyl)benzonitrile, an F-18 fluorobenzyl analogue of DASB: synthesis, in vitro binding, and in vivo biodistribution studies. Bioconjug Chem. September–October 2007, 18 (5): 1612–1618. PMID 17705553. doi:10.1021/bc070112g.

[11C-CIMBI-5-5] Ettrup, A.; Palner, M.; Gillings, N.; Santini, M. A.; Hansen, M.; Kornum, B. R.; Rasmussen, L. K.; Nagren, K.; Madsen, J. Radiosynthesis and Evaluation of ¹¹C-CIMBI-5 as a 5-HT_2A Receptor Agonist Radioligand for PET. Journal of Nuclear Medicine. November 2010, 51 (11): 1763–1770 [2018-09-18]. PMID 20956470. doi:10.2967/jnumed.109.074021. （原始内容存档于2018-09-16）.

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