Was ist der Unterschied zwischen Kohlenstoff 12 und Kohlenstoff 14?

Kohlenstoff 12 und Kohlenstoff 14 sind zwei Isotope des Elements Kohlenstoff., und der Unterschied zwischen den beiden ist die Anzahl der Neutronen im Kern jedes ihrer Atome. Lassen Sie uns kurz sehen, was der Unterschied ist: Jedes Isotop eines Elements wird mit einer Zahl identifiziert, die dem Namen nachgestellt wird und die Summe der Protonen und Neutronen im Atom darstellt. Jedes Element wird durch die Anzahl der Protonen in seinem Kern definiert; Zum Beispiel hat das Element Kohlenstoff 6 Protonen. Kohlenstoff-12-Atome haben zusätzlich zu ihren 6 Protonen 6 Neutronen in ihrem Kern, während Kohlenstoff-14-Atome 8 Neutronen haben. Ein neutral geladenes, nicht ionisiertes Atom hat die gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen, also hat ein nicht ionisiertes Kohlenstoff-12- oder Kohlenstoff-14-Atom 6 Elektronen, da Neutronen keine elektrische Ladung haben. Neutronen haben eine ähnliche Masse wie Protonen.atomares Gewicht. In unserem Fall ist Kohlenstoff 12 leichter als Kohlenstoff 14.

Kohlenstoff hat neben Kohlenstoff 12 ein weiteres stabiles Isotop; Es ist Kohlenstoff 13 mit 7 Neutronen in seinem Kern. In der Natur sind 98,9 % der Kohlenstoffatome Kohlenstoff-12-Isotope, während die restlichen 1,1 % Kohlenstoff-13 sind.

Kohlenstoffisotope und ihre Radioaktivität

Im Gegensatz zu Kohlenstoff 12 und Kohlenstoff 13 ist Kohlenstoff 14 radioaktiv. Es ist nicht stabil, das heißt, es besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass sich jedes Kohlenstoff-14-Atom in einem Prozess namens radioaktiver Zerfall in ein Stickstoff-14-Atom verwandelt . Bei diesem Vorgang erhält der Kern des Atoms ein Proton, da das Element Stickstoff dadurch gekennzeichnet ist, dass es 7 Protonen in seinem Kern hat. Damit die Ladung dabei erhalten bleibt, wird ein Elektron mit hoher kinetischer Energie, also hoher Geschwindigkeit, emittiert, die sogenannte Betastrahlung . Unten ist die Gleichung, die den radioaktiven Zerfall von Kohlenstoff 14 darstellt.

¹⁴ C + p ⁺ →  ¹⁴ N + e ^–

Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines radioaktiven Zerfalls spiegelt sich in der Halbwertszeit des radioaktiven Isotops wieder, auch Halbwertszeit genannt , das ist die Zeit, in der eine Anzahl Atome des radioaktiven Isotops um die Hälfte reduziert wird. Die Halbwertszeit von Kohlenstoff 14 beträgt 5.730 Jahre.

Zusätzlich zu den beiden stabilen Kohlenstoffisotopen Kohlenstoff 12 und Kohlenstoff 13 sowie Kohlenstoff 14 gibt es 12 weitere radioaktive Kohlenstoffisotope: Kohlenstoff 8 bis Kohlenstoff 11 und Kohlenstoff 15 bis Kohlenstoff 22. Die Halbwertszeit dieser Isotope ist sehr kurze; Beispielsweise beträgt die Halbwertszeit von Kohlenstoff 11 20 Minuten und die Halbwertszeit von Kohlenstoff 22 einige Tausendstelsekunden.

Carbon 14 als natürliche Uhr

Kohlenstoff 14 wird in der Atmosphäre erzeugt und tritt in den Lebenszyklus ein, indem er als Kohlenstoffatom in alle Organismen eingebaut wird, da er die gleichen chemischen Eigenschaften wie die stabilen Isotope Kohlenstoff 12 und Kohlenstoff 13 hat. Wenn ein Organismus stirbt, verlässt er ihn, um Kohlenstoff einzubauen , und hört daher auch auf, Kohlenstoff 14 einzubauen. Der Kohlenstoff 14 der Überreste dieses Organismus beginnt dann aufgrund seines radioaktiven Zerfalls zu verschwinden und verringert seinen Anteil in Bezug auf die Gesamtmenge an Kohlenstoff mit einer Geschwindigkeit, die durch seine Halbwertszeit von bestimmt wird 5.730 Jahre. Und so wird es zu einer natürlichen Uhr, denn durch die Messung des Kohlenstoff-14-Anteils ist es möglich, die Zeit zu kennen, die seit dem Tod des Organismus vergangen ist.

Quellen

Kohlenstoff-14-Datierung, Encyclopedia of Archaeology, Academic Press 2008.

Richard B. Firestone, Isotopentabelle , 8. Auflage. Herausgeber, Virginia S. Shirley. Wiley Interscience, 1986.