Isotopi del carbonio
# Isotopi del carbonio

Il carbonio (C) ha 15 isotopi conosciuti, $dall'^8C$ al $^{22}C,$ due dei quali $(^{12}C$ e $^{13}C)$ sono stabili. Solo tre isotopi $(^{12}C,$ $^{13}C$ e $^{14}C)$ possono essere trovati in natura, tutti gli altri sono prodotti artificialmente.

## Descrizione

### Carbonio-8

Il carbonio-8 o $^8C$ è un isotopo radioattivo instabile del carbonio avente 6 protoni e 2 neutroni. Decade a Berillio-6 ed ha una brevissima emivita che non ne permette nessun utilizzo pratico.

### Carbonio-9

Il carbonio-9 o $^9C$ è un isotopo radioattivo instabile del carbonio avente 6 protoni e 3 neutroni. Decade ad Elio-4 in vari modi e non ha utilizzi pratici data la sua breve emivita.

### Carbonio-10

Il carbonio-10 o $^{10}C$ è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 4 neutroni. Esso decade a Boro-10 e non ha utilizzi pratici data la sua breve emivita.

### Carbonio-11

Il carbonio-11 o $^{11}C$ è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 5 neutroni. Decade a boro-11 con emissione di un positrone. Il carbonio-11 ha una emivita di circa 20 minuti ed è usato comunemente come radioisotopo per marcare le molecole per l'uso con la tomografia ad emissione di positroni.

### Carbonio-12

Il carbonio-12 o $^{12}C$ è un isotopo stabile del carbonio. È quello più abbondante in natura (98,89%) e non è radioattivo. Ha 6 protoni e 6 neutroni. Questo isotopo ha una particolare importanza, in quanto l'unità di massa usata come riferimento per calcolare il peso atomico (o massa atomica relativa) di un elemento è proprio la 1/12 parte della massa del $^{12}C.$

### Carbonio-13

Il carbonio-13 o $^{13}C$ è un isotopo stabile del carbonio. È quello meno abbondante in natura tra gli isotopi stabili del carbonio (1,11%) ed ha 6 protoni e 7 neutroni.

### Carbonio-14

Il carbonio-14 o $^{14}C$ è un isotopo radioattivo naturale del carbonio avente 6 protoni e 8 neutroni. Ha una emivita molto lunga (5700 anni) e decade per emissione di elettroni ad azoto. Il carbonio-14 è prodotto naturalmente negli strati alti della troposfera e nella stratosfera ed è presente nei composti organici secondo un preciso rapporto (abbondanza isotopica). Viene utilizzato nella radiodatazione di documenti antichi o ossa di animali e ominidi o piante.

### Carbonio-15

Il carbonio-15 o $^{15}C$ è un isotopo radioattivo (radionuclide, attività specifica: $1,136×10^{10}$ TBq/g) del carbonio avente 6 protoni e 9 neutroni. La tendenza è che un neutrone divenga un protone, con emissione di un positrone:

    $^{15}C$ → $e^+$ + $^{15}N$ + 9.772 MeV

Il carbonio-15 ha una emivita molto breve (2.450 s) e non ha utilizzi pratici.

### Carbonio-16

Il carbonio-16 o $^{16}C$ è un isotopo radioattivo (radionuclide, attività specifica: $3,48×10^{10}$ TBq/g) del carbonio avente 6 protoni e 10 neutroni. La tendenza dell'isotopo è di cedere o trasformare neutroni, che sono in eccesso rispetto ai protoni, infatti il decadimento principale (97.9%) è con emissione di un neutrone e trasformazione di un altro in protone (con emissione di un positrone):

    $^{16}C$ → n + $e^+$ + $^{15}N$ + 5.52137 MeV

Nel 2% dei casi, il neutrone singolo non viene emesso, così il carbonio-16 decade ad azoto-16 con semplice emissione di un positrone. Tuttavia l'azoto-16 è radioattivo ed instabile e decade a sua volta ad ossigeno-16 (<100%) o a carbonio-12 $(1%×10^{−5}):$

    $^{16}C$ → $e^+$ + $^{16}N$ → $e^+$ + $^{16}O$
    $^{16}C$ → $^{16}O$ + $2e^+$ (reazione complessiva)
    $^{16}C$ → $e^+$ + $^{16}N$ → $e^+$ + α + $^{12}C$
    $^{16}C$ → $^{12}C$ + $2e^+$ + α (reazione complessiva)

### Carbonio-17

Il carbonio-17 o $^{17}C$ è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 11 neutroni. Decade ad azoto con emissione di un elettrone e talvolta anche di un neutrone. Il carbonio-17 ha una breve emivita che non ne permette alcun utilizzo pratico.

### Carbonio-18

Il carbonio-18 o $^{18}C$ è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 12 neutroni. Decade ad azoto con emissione di un elettrone e talvolta anche di un neutrone. Il carbonio-18 ha una breve emivita che non ne permette alcun utilizzo pratico.

### Carbonio-19

Il carbonio-19 o $^{19}C$ è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 13 neutroni. Decade ad azoto con emissione di un elettrone e di neutroni. Il carbonio-19 ha una breve emivita che non ne permette alcun utilizzo pratico.

### Carbonio-20

Il carbonio-20 o $^{20}C$ è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 14 neutroni. Decade ad azoto con emissione di un elettrone e di un neutrone. Il carbonio-20 ha una breve emivita che non ne permette alcun utilizzo pratico.

### Carbonio-21

Il carbonio-21 o $^{21}C$ è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 15 neutroni. Decade a $^{20}C$ con emissione di un neutrone. Il carbonio-21 ha una brevissima emivita che non ne permette alcun utilizzo pratico.

### Carbonio-22

Il carbonio-22 o $^{22}C$ è un isotopo radioattivo, finora il più pesante scoperto, del carbonio avente 6 protoni e 16 neutroni. Decade ad azoto con emissione di un elettrone e di un neutroni. Il carbonio-22 ha una emivita molto breve che non ne permette alcun utilizzo pratico.

## Tabella degli isotopi

Massa atomica standard: 12,0107(8) u

| Simbolo | Z | N | Massa isotopica (u) | Emivita | Spin nucleare | Tipo di decadimento | Prodotto di decadimento | Abbondanza isotopica |
| - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| $^8C$ | 6 | 2 | 8.037675(25) | $2,0(4)×10^{−21}$ s | 0 | 2p | $^6Be$ | |
| $^9C$ | 6 | 3 | 9.0310367(23) | 126.5(9) ms | +3/2 | $β^+$ (60%) | $^9B$ | |
| $^9C$ | 6 | 3 | 9.0310367(23) | 126.5(9) ms | +3/2 | $β^+,$ p (23%) | $^8Be$ | |
| $^9C$ | 6 | 3 | 9.0310367(23) | 126.5(9) ms | +3/2 | $β^+,$ α (17%) | $^5Li$ | |
| $^{10}C$ | 6 | 4 | 10.0168532(4) | 19.290(12) s | 0 | $β^+$ | $^{10}B$ | |
| $^{11}C$ | 6 | 5 | 11.0114336(10) | 20.334(24) min | -3/2 | $β^+$ | $^{11}B$ | |
| $^{12}C$ | 6 | 6 | 12 esatto | STABILE | 0 | | | 98,93(8)% |
| $^{13}C$ | 6 | 7 | 13.0033548378(10) | STABILE | -1/2 | | | 1.07(8)% |
| $^{14}C$ | 6 | 8 | 14.003241989(4) | $5,70(3)×10^3$ anni | 0 | $β^-$ | $^{14}N$ | < $10^{−12}%$ |
| $^{15}C$ | 6 | 9 | 15.0105993(9) | 2.449(5) s | +1/2 | $β^-$ | $^{15}N$ | |
| $^{16}C$ | 6 | 10 | 16.014701(4) | 0.747(8) s | 0 | $β^-,$ n (97.9%) | $^{15}N$ | |
| $^{16}C$ | 6 | 10 | 16.014701(4) | 0.747(8) s | 0 | $β^-$ (2.1%) | $^{16}N$ | |
| $^{17}C$ | 6 | 11 | 17.022586(19) | 193(5) ms | +3/2 | $β^-$ (71.59%) | $^{17}N$ | |
| $^{17}C$ | 6 | 11 | 17.022586(19) | 193(5) ms | +3/2 | $β^-,$ n (28.41%) | $^{16}N$ | |
| $^{18}C$ | 6 | 12 | 18.02676(3) | 92(2) ms | +3/2 | $β^-$ (68.5%) | $^{18}N$ | |
| $^{18}C$ | 6 | 12 | 18.02676(3) | 92(2) ms | +3/2 | $β^-,$ n (31.5%) | $^{17}N$ | |
| $^{19}C$ | 6 | 13 | 19.03481(11) | 46.2(23) ms | +1/2 | $β^-,$ n (47.0%) | $^{18}N$ | |
| $^{19}C$ | 6 | 13 | 19.03481(11) | 46.2(23) ms | +1/2 | $β^-$ (46.0%) | $^{19}N$ | |
| $^{19}C$ | 6 | 13 | 19.03481(11) | 46.2(23) ms | +1/2 | $β^-,$ 2n (7.0%) | $^{17}N$ | |
| $^{20}C$ | 6 | 14 | 20.04032(26) | 16(3) ms | 0 | $β^-,$ n (72.0%) | $^{19}N$ | |
| $^{20}C$ | 6 | 14 | 20.04032(26) | 16(3) ms | 0 | $β^-$ (28,0%) | $^{20}N$ | |
| $^{21}C$ | 6 | 15 | 21.04934(54) | <30 ns | +1/2 | n | $^{20}C$ | |
| $^{22}C$ | 6 | 16 | 22.05720(97) | 6.2(13) ms | 0 | $β^-$ | $^{22}N$ | - |

* 1 2 Tra parentesi è indicata l'incertezza sulle ultime cifre, che denota una deviazione standard.
* ↑ L'unità di massa atomica è definita come 1/12 della massa di un atomo di $^{12}C$ allo stato fondamentale
* ↑ Il rapporto tra $^{12}C$ e $^{13}C$ è usato come misura della produttività biologica dei tempi antichi e per analizzare tipi diversi di fotosintesi.
* ↑ Trova un uso importante nella Datazione radiometrica
