碳的同位素

主要的碳同位素
標準原子質量（英語：Standard atomic weight） (Ar, 標準)	[12.0096, 12.0116]; 傳統: 12.011;
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碳（原子量：12.0107(8)）共有15個已知同位素，質量數介於8-22之間，其中有2個是穩定的，其他都具有放射性。天然存在的碳同位素有3個，分別是穩定的¹²C、¹³C和具放射性的¹⁴C，其中¹⁴C在自然界中僅痕量存在，為宇宙射線所產生。其餘同位素都不出現在自然界中，只有在實驗室製造出來過，且半衰期都很短，非常不穩定。

常見的碳同位素

碳-11

碳-11是碳的一個人造放射性同位素，半衰期約20.334分鐘。絕大多數的碳-11會透過β⁺衰變衰變為硼-11，其過程會發射出正子，而有少部分的(約0.19–0.23%)的碳-11會透過電子捕獲衰變為硼-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可以利用氮透過粒子加速器以下列反應制備：

14
N
+
p
→ 11
C
+ 4
He

正電子發射計算機斷層掃描中的放射線標記分子通常會使用含有放射性碳同位素碳-11的放射性分子，例如[11
C
]DASB（英語：DASB）^[4]和[11
C
]Cimbi-5（英語：25I-NBOMe）^[5]^[6]。

碳-12

碳-12是碳的穩定同位素之一。其相對豐度是98.9%，是自然界中最普遍的碳同位素。

碳-13

碳-13是碳的穩定同位素之一。其相對豐度是1.1%。

碳-14

碳-14是碳的放射性同位素之一，半衰期約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，為宇宙射線作用下發生¹⁴N + ¹n → ¹⁴C + ¹H反應而產生。

由於碳是有機物所含的元素之一，我們可以根據死亡生物體的體內殘餘碳-14的量來推斷它的存在年齡，稱為放射性碳定年法。

圖表

符號	Z	N	同位素質量（u） ^{[n 1]}^{[n 2]}	半衰期 ^{[n 2]}	衰變方式^[7]	衰變產物 ^{[n 3]}	原子核自旋^{[n 1]}	相對豐度（莫耳分率）^{[n 2]}	相對豐度的變化量（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 確定的整數^{[n 9]}	穩定			0+	0.9893(8)	0.98853–0.99037
13 C ^{[n 10]}	6	7	13.0033548378(10)	穩定			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 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明，僅為理論推測。
^ ^2.0 ^2.1 ^2.2 用括號括起來的數據代表不確定性。
^ 穩定的衰變產物以粗體表示。
^ 這個同位素會馬上發射兩個質子成⁴He，淨反應⁸C -> ⁴He + 4¹H
^ 這個同位素會馬上發射一個質子成⁸Be，後者衰變成兩個⁴He，淨反應⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺
^ 這個同位素會馬上衰變成兩個⁴He，淨反應⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺
^ 這個同位素會馬上發射一個質子成⁴He，淨反應⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺
^ 正電子發射計算機斷層掃描使用的同位素
^ 原子質量單位的定義是靜止未鍵結且處於基態的碳-12質量的1/12
^ ¹²C和¹³C的比例（英語：δ13C）用於測量古代生物的生產力和光合作用
^ 用於放射性碳定年法
^ 宇宙射線同位素（英語：cosmogenic），由中子轟擊¹⁴N而成（¹⁴N + ¹n -> ¹⁴C + ¹H）
^ 有一個暈中子（英語：halo nucleus）
^ 有兩個暈中子

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參考文獻

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[hash-7] 1.0 ^1.1 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明，僅為理論推測。

[brackets-8] 2.0 ^2.1 ^2.2 用括號括起來的數據代表不確定性。

[10] 穩定的衰變產物以粗體表示。

[11] 這個同位素會馬上發射兩個質子成⁴He，淨反應⁸C -> ⁴He + 4¹H

[12] 這個同位素會馬上發射一個質子成⁸Be，後者衰變成兩個⁴He，淨反應⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺

[13] 這個同位素會馬上衰變成兩個⁴He，淨反應⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺

[14] 這個同位素會馬上發射一個質子成⁴He，淨反應⁹C -> 2⁴He + ¹H + e⁺

[15] 正電子發射計算機斷層掃描使用的同位素

[16] 原子質量單位的定義是靜止未鍵結且處於基態的碳-12質量的1/12

[17] ¹²C和¹³C的比例（英語：δ13C）用於測量古代生物的生產力和光合作用

[18] 用於放射性碳定年法

[19] 宇宙射線同位素（英語：cosmogenic），由中子轟擊¹⁴N而成（¹⁴N + ¹n -> ¹⁴C + ¹H）

[20] 有一個暈中子（英語：halo nucleus）

[21] 有兩個暈中子

[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. （原始內容存檔於2019-07-24）.

[c11-2-3] 3.0 ^3.1 Campbell, J. L.; Leiper, W.; Ledingham, K. W. D.; Drever, R. W. P. The ratio of K-capture to positron emission in the decay of ¹¹C. Nuclear Physics A: 279–287. [27 March 2012]. Bibcode:1967NuPhA..96..279C. doi:10.1016/0375-9474(67)90712-9. （原始內容存檔於2015-09-24）.

[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.

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