Isotopes du carbone

Le carbone (C) possède 15 isotopes connus, de nombre de masse variant de 8 à 22, dont deux stables : ¹²C et ¹³C. En moyennant selon l'abondance naturelle de ces deux isotopes, la masse atomique standard attribuée au carbone est de 12,010 7(8) u.

Le radioisotope le plus stable est le carbone 14, avec une demi-vie de 5 730 ans, seul radioisotope présent dans la nature, formé à l'état de trace cosmogéniquement par la réaction ¹⁴N + ¹n ⟶ ¹⁴C + ¹H. Le second radioisotope le plus stable est ¹¹C, avec une demi-vie de 20,364 minutes. Tous les autres radioisotopes ont une demi-vie inférieure à 20 secondes, et la plupart d'entre eux inférieure à 200 millisecondes, le plus instable étant ⁸C, avec une demi-vie de 2,0 × 10⁻²¹ s. Les isotopes les plus légers se désintègrent principalement par β⁺ (sauf ⁸C qui se désintègre par double émission de proton) en isotopes du bore, les plus lourds par désintégration β⁻ en isotopes de l'azote.

Isotopes remarquables

Carbone naturel

Le carbone naturel est essentiellement constitué des deux isotopes stables, le carbone 12 et le carbone 13 (¹²C et ¹³C). Ce dernier est très minoritaire, mais joue un rôle important en RMN du carbone. On trouve aussi dans la nature des traces de carbone 14 (¹⁴C), radiogénique et radioactif, dont on mesure la concentration par spectrométrie de masse à des fins de datation.

Isotope	Abondance (pourcentage molaire)	Gamme de variations
¹²C	98,93 (8) %	98,853 – 99,037
¹³C	1,07 (8) %	0,963 – 1,147
¹⁴C	Traces	10⁻¹²

Carbone 11

Article détaillé : Carbone 11.

Le carbone 11 (¹¹C) est l'isotope du carbone dont le noyau est constitué de 6 protons et de 5 neutrons. C'est un radioisotope du carbone qui se désintègre à 99 % par émission de positron en bore 11 et à 0,19-0,23 % par capture électronique également en bore 11^[1]^,^[2]. Il a une demi-vie de 20,364 minutes.

11
6C ⟶ 11
5B + e⁺ +

ν

_e + 0,96 MeV ;

11
6C + e⁻ ⟶ 11
5B + e⁺ + 1,98 MeV.

Le carbone 11 est couramment utilisé comme radioisotope pour marquer des molécules en tomographie par émission de positons. Parmi les nombreuses molécules utilisées à cet effet, on trouve le radioligand ¹¹C-DASB (en).

Carbone 12

Article détaillé : Carbone 12.

Le carbone 12 (¹²C) est l'isotope du carbone dont le noyau est constitué de 6 protons et de 6 neutrons. C'est l'un des trois isotopes naturellement abondants et l'un des deux isotopes stables avec ¹³C, mais il est bien plus abondant que ce dernier (ratio ~99:1). Ceci fait qu'en général, par abus de langage, lorsqu'on parle de « carbone », on désigne cet isotope. C'est un isotope particulièrement important en physique et en chimie car il a servi de base à la définition de l'unité de masse atomique unifiée et au nombre d'Avogadro avant la redéfinition du Système international d'unités de 2018-2019.

Carbone 13

Article détaillé : Carbone 13.

Le carbone 13 (¹³C) est l'isotope du carbone dont le noyau est constitué de 6 protons et de 7 neutrons. C'est l'un des trois isotopes naturellement abondants et l'un des deux isotopes stables avec ¹²C, bien moins abondant que ce dernier. Contrairement aux deux autres isotopes naturels, il possède un spin non nul (1/2) et peut donc être utilisé en résonance magnétique nucléaire (RMN du carbone 13).

Carbone 14

Article détaillé : Carbone 14.

Le carbone 14 (¹⁴C) est l'isotope du carbone dont le noyau est constitué de 6 protons et de 8 neutrons. C'est l'un des trois isotopes naturellement abondants, mais le seul radioactif, avec une demi-vie de 5 730 ans. Il est produit par les neutrons thermiques des radiations cosmiques dans la haute atmosphère, et tombe sur Terre pour être absorbé par la matière biologique vivante, sous sa forme oxydée : le gaz carbonique. Son occurrence naturelle est négligeable par rapport aux deux autres isotopes, mais sa radioactivité le rend détectable. Comme les tissus morts n'absorbent pas ¹⁴C, son taux est utilisé en datation radiométrique des tissus biologiques.

Symbole de l'isotope	Z (p)	N (n)	Masse isotopique (u)	Demi-vie	Mode(s) de désintégration^[3]	Isotope(s) fils^{[n 1]}	Spin nucléaire
⁸C	6	2	8,037675(25)	2,0(4) × 10⁻²¹ s [230(50) keV]	2p	⁶Be^{[n 2]}	0+
⁹C	6	3	9,0310367(23)	126,5(9) ms	β⁺ (60 %)	⁹B^{[n 3]}	(3/2-)
					β⁺, p (23 %)	⁸Be^{[n 4]}
					β⁺, α (17 %)	⁵Li^{[n 5]}
¹⁰C	6	4	10,0168532(4)	19,290(12) s	β⁺	¹⁰B	0+
¹¹C^{[n 6]}	6	5	11,0114336(10)	20,364(24) min	β⁺ (99,79 %)	¹¹B	3/2-
¹¹C^{[n 6]}	6	5	11,0114336(10)	20,364(24) min	K-capture (0,21 %)^[1]^,^[2]	¹¹B	3/2-
¹²C	6	6	12 exactement^{[n 7]}	Stable			0+
¹³C^{[n 8]}	6	7	13,0033548378(10)	Stable			1/2-
¹⁴C^{[n 9]}	6	8	14,003241989(4)	5,73 × 10³ ans	β⁻	¹⁴N	0+
¹⁵C	6	9	15,0105993(9)	2,449(5) s	β⁻	¹⁵N	1/2+
¹⁶C	6	10	16,014701(4)	0,747(8) s	β⁻, n (97,9 %)	¹⁵N	0+
¹⁶C	6	10	16,014701(4)	0,747(8) s	β⁻ (2,1 %)	¹⁶N	0+
¹⁷C	6	11	17,022586(19)	193(5) ms	β⁻ (71,59 %)	¹⁷N	(3/2+)
¹⁷C	6	11	17,022586(19)	193(5) ms	β⁻, n (28,41 %)	¹⁶N	(3/2+)
¹⁸C	6	12	18,02676(3)	92(2) ms	β⁻ (68,5 %)	¹⁸N	0+
¹⁸C	6	12	18,02676(3)	92(2) ms	β⁻, n (31,5 %)	¹⁷N	0+
¹⁹C^{[n 10]}	6	13	19,03481(11)	46,2(23) ms	β⁻, n (47,0 %)	¹⁸N	(1/2+)
					β⁻ (46,0 %)	¹⁹N
					β⁻, 2n (7 %)	¹⁷N
²⁰C	6	14	20,04032(26)	16(3) ms [14(+6-5) ms]	β⁻, n (72,0 %)	¹⁹N	0+
²⁰C	6	14	20,04032(26)	16(3) ms [14(+6-5) ms]	β⁻ (28,0 %)	²⁰N	0+
²¹C	6	15	21,04934(54)#	<30 ns	n	²⁰C	(1/2+)#
²²C^{[n 11]}	6	16	22,05720(97)#	6,2(13) ms [6,1(+14-12) ms]	β⁻	²²N	0+

Isotopes du carbone

Isotopes remarquables

Carbone naturel

Carbone 11

Carbone 12

Carbone 13

Carbone 14

Table des isotopes

Remarques

Notes et références

Article connexe

Bibliographie