Periodiek systeem/Koolstofgroep, isotopen

Werk in uitvoering.
Dit hoofdstuk bevindt zich nog in de opbouwfase.
De auteur ervan heeft zich voorgenomen de genoemde onderwerpen verder uit te werken.
Indien u wilt bijdragen, overleg dan even met t.vanschaik

Vorige pagina

Inhoudsopgave

Volgende pagina

Index

Kernfysica^{[Bron 1]}

Ten minste twee van de elementen in de koolstofgroep hebben zogenaamde ¨magische aantallen" protonen of neutronen wat betekent dat deze isotopen stabieler zijn dan op grond van hun plaats in de rij elementen verwacht zou worden. Het gaat dan zowel bij de protonen als de neutronen om de aantallen 2, 8, 20, 28, 50, 82, and 126.^[1] Voor de protonen levert dit bij 50 tin en bij 82 lood op.^[2]

Koolstof

Er zijn 15 isotopen van koolstof bekend. Van deze vijftien komen er 3 in de natuur voor: het stabiele en meest voorkomende isotoop ¹²C, het eveneens stabiele en natuurlijk voorkomende ¹³C, zij het slechts in 1% van ¹²C. Naast de twee stabiele isotopen kom ook het radioactieve ¹⁴C in de natuur voor. Ondanks de relatief korte halveringstijd van 5730 jaar komt het toch in de natuur voor door de continue aanmaak via de reactie tussen neutronen uit de kosmische straling en stikstof uit de aardse atmosfeer:

{\ce {^1_0n + ^{14}_7N -> ^{14}_6C + ^1_1p}}

Koolstof-14 vervalt door bètaverval naar stikstof-14 en zendt daarbij - naast een elektron - ook een elektron-antineutrino uit:

{\ce {^{14}_{6}C->_{7}^{14}N\ +\ e^{-}\ +\ {\overline {\nu }}_{e}}}

In ¹⁴C treedt duidelijk het effect op van het magische aantal van 8 neutronen: De halfwaardetijden van ¹¹C en ¹⁵C zijn respectievelijk iets meer dan 20 minuten en slechts 2 seconde.

Koolstof-14 speelt een belangrijke rol in het dateren van resten van levende organismen. Planten nemen tijdens de fotosynthese alle isotopen van koolstof op in de suikers die zij aanmaken. Planten bevatten dus de verschillende istopen van koolstof in de zelfde verhouding als waarin ze in de lucht voorkomen. Dieren die van planten leven krijgen dus de isotopen in de zelfde verhouding als de planten waarvan ze leven. Ook voor roofdieren, die direct if indirect van planteneters leven, zal gelden dat de verhouding van de verschillende koolstof-isotopen hetzelfde is als die in de lucht. Tot het moment dat een organisme sterft blijft de isotopenverhouding dus gelijk aan die in de lucht. Wordt een organisme na zijn sterven niet door een ander als voedsel gebruikt, maar wordt het na een aantal jaren door een wetenschapper gevonden, dan is de opname van C-14 gestopt op het moment van sterven, maar het radioactieve verval van C-14 is wel doorgegaan. Na 5730 jaar is nog maar de helft van den oorspronkelijke hoeveelheid C-14 over. Na weer 5730 jaar nog een kwart. Via massaspectrometrie is de verhouding tussen C-12, C-13 en C-14 te bepalen. Omdat de verhouding tussen de isotopen in lucht bekend is is ook uit te rekenen welk deel van de oorspronkelijke hoeveelheid C-14 verdwenen is. Daarmee is dan ook uit te rekenen hoelang geleden het organisme gestorven is.

Silicium

Van silicium zijn 23 isotopen bekend, waarvan er vijf in de natuur voorkomen. Het meest in nde natuur voorkomende isotoop is ²⁸Si, gevolgd door het eveneens stabiele ²⁹Si en ³⁰Si. ³²Si is radioactief en komt in de natuur voor als radioactief vervalproduct van actiniden en als resultaat van versplintering onder invloed van kosmische straling in de hogere lagen van de atmosfeer. ³⁴S is ook een vervalproduct van actiniden.^[3]

Germanium

Van germanium zijn 32 isotopen bekend, waarvan er 5 natuurlijk voorkomen. Het voornaamste isotoop is het stabiele ⁷⁴Ge, gevolgd door het ook stabiele ⁷²Ge, ⁷⁰Ge en ⁷³Ge. ⁷⁶Ge is wel is waar radioactief, maar het heeft een dusdanig lange halveringstijd dat van de hoeveelheid die tijdens het ontstaan van de aarde daarin aanwezig was, nog een aanzienlijk deel over is.^[3]

Tin

Van de 40 isotopen die van tin ontdekt zijn komen er 14 in de natuur voor. Het meest algemene isotoop is tin-120, met daarna in afnemende volgorde 118, 116, 119, 117, 124, 122, 112 en 114. Al deze isotopen zijn stabiel. Daarnaast komen ook tin-121, 123, 125 en 126 voor, producten van het radioactieve verval van uranium.^[3] Het effect van het magische aantal 50 voor het aantal protonen laat zich hier duidelijk gelden in zowel het aantal stabiele isotopen als het totale aantal ervan.

Lood

Met 38 bekende isotopen doet lood, met ook een magisch aantal protonen, nauwelijks voor tin onder bij het aantal isotopen, het aantal stabiele is met "slechts" 4 duidelijk minder. In afnemende mate van voorkomen zijn dat lood-208, 206, 207 en 204. Naast deze stabiele isotopen zijn er ook nog de radioactieve vervalproducten uit de vervalreeksen van uranium en thorium: lood-209, 210, 211, 212 en 214.^[3]

Flerovium

Van flero vium zijn inmiddels 6 isotopen beschreven: Fl-284, 285, 286, 287, 288 en 289. Het minst instabiele isotoop, Fl-289 heeft een halfwaardetijd van 2,6 seconde. Alle isotopen zijn radioactief en komen niet in de natuur voor.^[3]

Daarnaast is ook Fl-290 geclaimd, maar nog niet bevestigd. Verwacht wordt dat het een halfwaardetijd van 19 seconde zal hebben.