Les isotopes d'un élément ont des nombres différents de neutrons dans leurs noyaux; par conséquent, même si elles sont toujours le même élément, ils ont des poids atomiques. Certains isotopes ont un rapport de neutrons à protons qui les amène à devenir instables et se désintègrent, émettant un rayonnement dans le processus. Un isotope radioactif du carbone est particulièrement utile dans la datation au radiocarbone.
Les types
Sept des isotopes différents de carbone existent. Ils ont tous les six protons dans leurs noyaux, mais le nombre de neutrons diffère entre eux. Deux d'entre eux, le carbone-13 carbone-12 et, sont stables (autrement dit, ne se dégrade pas) et abondant dans la nature; comme vous pouvez le deviner à partir de leurs nombres de masse, ils ont six et sept neutrons respectivement. Les cinq isotopes de carbone restants sont tous radioactifs; certains d'entre eux sont extrêmement courte durée.
Carbon-13
Carbon-12 est l'isotope le plus abondant de carbone, qui comprend plus de 98 pour cent de carbone dans la nature. Comptes carbone-13 pour un autre de 1,1 pour cent. Son faible abondance rend vraiment très utile pour les chimistes organiques, qui utilisent souvent une technique appelée RMN du Carbone 13 pour aider à analyser la structure des molécules (en conjonction avec RMN du proton). Comme un atome d'hydrogène, mais à la différence de carbone-12, le carbone-13, le noyau a un spin net, ce qui signifie qu'il présente une forme intéressante de comportement, en présence d'un champ magnétique externe.
Un carbone 13 noyau peut avoir une valeur de spin (essentiellement analogue à un moment angulaire) de +1/2 ou -1/2. D'ordinaire, ces deux états ont la même énergie, mais quand un champ magnétique externe est appliqué, un état aura une énergie supérieure à l'autre. Une façon simple de penser à ce sujet est d'imaginer les noyaux de carbone-13 comme de petits aimants; ils peuvent soit aligner avec le champ magnétique externe ou se rallient contre elle, et ils ont besoin de plus d'énergie pour atteindre cette dernière configuration. En passant des ondes radio à travers l'échantillon, les scientifiques peuvent déterminer la différence d'énergie entre ces deux états pour chaque atome de carbone 13 dans la molécule, et ces données vous aideront à comprendre la structure du composé.
Carbon-14
Le carbone 14 est radioactif et beaucoup moins abondant que soit le carbone 13 carbone 12 ou; il compose à peine deux-milliardièmes de carbone d'origine naturelle. Il a une demi-vie de 5700 ans, ce qui signifie qu'il faudra 5700 ans pour la moitié du carbone-14 dans un échantillon à la pourriture. En supposant que la quantité de carbone 14 présent à l'origine est connue ou peut être déduite, les scientifiques peuvent utiliser le montant restant du carbone-14 à ce jour de nombreux objets comme ceux trouvés sur les sites de fouilles archéologiques. Cette technique est appelée la datation au radiocarbone.
Autres isotopes
Les trois isotopes restants de carbone ont très courte demi-vie. Carbone-9 a une demi-vie mesurée en quelques fractions de seconde; carbone-10 a une demi-vie de 19,3 secondes, tandis que le carbone-11 a une demi-vie de 20,3 minutes. Tous émettent des positons quand ils se désintègrent. Un positron est la contrepartie de l'antimatière d'un électron, et quand il entre en collision avec un électron, les deux anéantir l'autre, libérant de l'énergie.