탄소 동위 원소

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.

 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. 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 
 핵자수 Z(p) N(n)  동위 원소 질량 (u)  반감기 붕괴 방식 붕괴 생성동위 원소 핵스핀 자연계에 존재하는동위 원소범위(몰 분율) 자연계에 존재하는최대 범위(몰 분율) 8C 6 2 8.037643(20) 2.0(1.4)×10−21s[230(50) keV] 2p  0+9C 6 39.0310372(23)126.5(9) ms β+(54.1(1.7)%) (3/2-) β+p(38.4(1.6)%)  β+α(7.5(6)%)  10C 6 4 10.0168532(4) 19.3011(15) s β+  0+11C 6 511.0114336(10)20.3402(53) min β+ (99.79%) 3/2- ε (0.21%)  12C 6 6 정확히 12(원자 질량의 기준)안정 0+ [0.9884, 0.9904] 13C 6 7 13.003354835336(252)안정 1/2- [0.0096, 0.0116] 14C 6 8 14.003241989(4) 5730(30)a β−  0+ 미량 <10−1214mC22.1(1) MeVIT14C2- 15C 6 9 15.0105993(9) 2.449(5) s β−  1/2+16C 6 1016.014701(4)750(6) ms β−n (99.0(3)%) 0+ β− (1.0(3)%) 17C 6 1117.022579(19)193(5) ms β− (71.6(1.3)%) 3/2+ β−n(28.4(1.3)%) β−2n?18C 6 1218.02675(3)92(2) ms β− (68.5(1.5)%) 0+ β−n(31.5(1.5)%) β−2n?19C 6 1319.03480(11)46.2(2.3) ms β−, n (47(3)%) 1/2+ β− (46.0(4.2)%)  β−, 2n (7(3)%) 20C 6 1420.04026(25)16(3) ms β−, n (70(11)%) 0+ β−2n(<18.6%) β−(>11.4%) 21C 6 15 21.04934(54)# <30 ns n  (1/2+)# 22C 6 16 22.05755(25) 6.2(13) ms β−n(61(14)%)  0+β−2n (< 37%)β− (> 2%)

 같이 보기 
 방사성 탄소 연대 측정

 각주 

동위 원소

분류:원소별 동위 원소 목록