炭素12（12C）：安定同位体と原子質量の標準

主な性質

炭素12は、科学と技術において重要となるいくつかの特性を備えている。

• 原子質量：慣例により、炭素12原子の質量は正確に12原子質量単位とされる。これは統一原子質量単位（u）の定義の基礎となっている。
• 天然存在比：自然界における炭素の主要な同位体であり、一般的な試料では炭素原子のおよそ98.9%を占める。
• 安定性：炭素12は放射性をもたない安定核種である。陽子数と中性子数がともに偶数で等しいため、核スピンはゼロである。
• 表記と識別：化学者と物理学者は通常12Cと表記し、13Cや放射性の14Cなど、他の同位体と区別する。

歴史と標準における役割

炭素12は20世紀に、計量学上の特別な重要性を得た。統一原子質量単位は、炭素12原子の質量が正確に12 uとなるよう定義され、原子量および分子量を表すための一貫した尺度が確立された。この選択は化学的な質量測定を原子物理学と結び付け、国際標準の調和にも寄与した。歴史的には、炭素12 12グラムに含まれる原子数を1モルとする、モルの化学的定義の基礎として炭素12原子1モルが用いられた。現在のSI定義ではアボガドロ定数が固定されているが、化学で用いられる実用上の関係は維持されている。

用途と例

炭素12は、幅広い分野で基準および研究手段として用いられる。

• 質量分析と原子量表では、相対原子質量の基準として炭素12が用いられる。
• 同位体地球化学と生態学では、炭素源、光合成経路、古環境条件を調べるために、13C/12C比が利用される。
• 放射性炭素年代測定は、有機物中の14Cと12Cの比を測定するため、間接的に炭素12に依存している。

区別と注目すべき事項

炭素には複数の同位体がある。安定同位体には炭素12と炭素13が含まれる一方、炭素14のような放射性同位体には放射性炭素年代測定などの特別な用途がある。原子質量に関する慣例の技術的な参照先としては化学測定標準を、実用的な同位体比測定法については同位体比質量分析に関する資料を参照されたい。質量標準としての中心的役割と有機化学における遍在性により、炭素12は日常的な実験室作業と基礎物理定数の双方を支える基盤となっている。