Carbon-12

Carbon-12 (¹²C) este cel mai abundent dintre cei doi izotopi stabili ai carbonului (carbon-13 fiind celălalt), reprezentând 98,93% din elementul de carbon de pe Pământ; abundența sa se datorează procesului triplu-alfa prin care este creat în stele. Carbon-12 are o importanță deosebită în utilizarea sa ca standard de la care se măsoară masele atomice ale tuturor nuclizilor, astfel încât masa sa atomică este exact 12 daltoni prin definiție. Carbon-12 este compus din 6 protoni, 6 neutroni și 6 electroni.

Istorie

Înainte de 1959, atât IUPAP, cât și IUPAC au folosit oxigen pentru a defini molul; chimiștii definind molul ca numărul de atomi de oxigen care au masa 16 g, fizicienii folosind o definiție similară, dar numai cu izotopul oxigenului-16. Cele două organizații au convenit în 1960 să definească molul după cum urmeazăȘ

Molul este cantitatea de substanță dintr-un sistem care conține atâtea entități elementare câte atomi există în 12 grame de carbon 12. Simbolul său este „mol”.

Acesta a fost adoptat de CIPM (Comitetul Internațional pentru Greutăți și Măsuri) în 1967, iar în 1971, a fost adoptat de a 14-a CGPM (Conferința Generală pentru Greutăți și Măsuri).

În 1961, izotopul carbon-12 a fost selectat pentru a înlocui oxigenul ca standard în raport cu care sunt măsurate greutățile atomice ale tuturor celorlalte elemente.

În 1980, CIPM a clarificat definiția de mai sus, definind că atomii de carbon-12 sunt nelegați și în starea lor fundamentală.

În 2018, IUPAC a specificat molul ca fiind exact 6,02214076×10²³ „entități elementare”. Numărul de moli din 12 grame de carbon-12 a devenit o chestiune de determinare experimentală.

Starea Hoyle

Starea Hoyle este o stare excitată, fără spin, rezonantă a carbonului-12. Este produs prin procesul triplu-alfa și a fost prezis de Fred Hoyle în 1954. Existența stării Hoyle de rezonanță de 7,7 MeV este esențială pentru nucleosinteza carbonului în stelele care arde cu heliu și prezice o cantitate de producție de carbon într-un mediu stelar care se potrivește cu observațiile. Existența stării Hoyle a fost confirmată experimental, dar proprietățile sale precise sunt încă investigate.

Starea Hoyle este populată atunci când un nucleu de heliu-4 fuzionează cu un nucleu de beriliu-8 într-un mediu de temperatură înaltă (10⁸ K) cu heliu dens concentrat (10⁵ g/cm3). Acest proces trebuie să aibă loc în 10^-16 secunde ca o consecință a timpului de înjumătățire scurt al ⁸Be. Starea Hoyle este, de asemenea, o rezonanță de scurtă durată, cu un timp de înjumătățire de 2,4×10⁻¹⁶ s; se descompune în primul rând înapoi în cele trei particule alfa constitutive, deși 0,0413% din descompunere (sau 1 din 2421,3) au loc prin conversie internă în starea fundamentală de ¹²C.

În 2011 s-a găsit (în plus față de starea fundamentală) o rezonanță cu toate proprietățile stării Hoyle.

Purificare izotopică

Izotopii carbonului pot fi separați sub formă de dioxid de carbon prin reacții de schimb chimic în cascadă cu carbamat de amină.