Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του άνθρακα 12 και του άνθρακα 14;

Ο άνθρακας 12 και ο άνθρακας 14 είναι δύο ισότοπα του στοιχείου άνθρακα., και η διαφορά μεταξύ των δύο είναι ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα κάθε ατόμου τους. Ας δούμε εν συντομία ποια είναι η διαφορά: κάθε ισότοπο ενός στοιχείου ταυτίζεται με έναν αριθμό που τοποθετείται μετά το όνομα και που αντιπροσωπεύει το άθροισμα των πρωτονίων και των νετρονίων στο άτομο. Κάθε στοιχείο ορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα του. Για παράδειγμα, το στοιχείο άνθρακας έχει 6 πρωτόνια. Τα άτομα άνθρακα 12 έχουν 6 νετρόνια στον πυρήνα τους, επιπλέον των 6 πρωτονίων τους, ενώ τα άτομα άνθρακα 14 έχουν 8 νετρόνια. Ένα ουδέτερα φορτισμένο, μη ιονισμένο άτομο έχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων, επομένως ένα μη ιονισμένο άτομο άνθρακα-12 ή άνθρακα-14 έχει 6 ηλεκτρόνια, αφού τα νετρόνια δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Τα νετρόνια έχουν μάζα παρόμοια με αυτή των πρωτονίων.ατομικό βάρος. Στην περίπτωσή μας, ο άνθρακας 12 είναι ελαφρύτερος από τον άνθρακα 14.

Ο άνθρακας έχει ένα άλλο σταθερό ισότοπο εκτός από τον άνθρακα 12. Είναι άνθρακας 13, με 7 νετρόνια στον πυρήνα του. Στη φύση, το 98,9% των ατόμων άνθρακα είναι του ισοτόπου άνθρακα 12, ενώ το υπόλοιπο 1,1% είναι του άνθρακα 13.

Ισότοπα άνθρακα και η ραδιενέργεια τους

Σε αντίθεση με τον άνθρακα 12 και τον άνθρακα 13, ο άνθρακας 14 είναι ραδιενεργός. Δεν είναι σταθερό, δηλαδή, υπάρχει μια ορισμένη πιθανότητα κάθε άτομο άνθρακα-14 να μετατραπεί σε άτομο αζώτου-14 σε μια διαδικασία που ονομάζεται ραδιενεργή διάσπαση . Σε αυτή τη διαδικασία, ο πυρήνας του ατόμου αποκτά ένα πρωτόνιο, αφού το στοιχείο άζωτο χαρακτηρίζεται από το ότι έχει 7 πρωτόνια στον πυρήνα του. Για να διατηρηθεί το φορτίο στη διαδικασία, εκπέμπεται ένα ηλεκτρόνιο με υψηλή κινητική ενέργεια, δηλαδή υψηλή ταχύτητα, το οποίο είναι γνωστό ως ακτινοβολία βήτα . Παρακάτω είναι η εξίσωση που αντιπροσωπεύει τη ραδιενεργή διάσπαση του άνθρακα 14.

¹⁴ C + p ⁺ →  ¹⁴ N + e ^–

Η πιθανότητα να συμβεί μια ραδιενεργή διάσπαση αντανακλάται στον χρόνο ημιζωής του ραδιενεργού ισοτόπου, που ονομάζεται επίσης χρόνος ημιζωής , που είναι ο χρόνος κατά τον οποίο ένας αριθμός ατόμων του ραδιενεργού ισοτόπου μειώνεται στο μισό. Ο χρόνος ημιζωής του άνθρακα 14 είναι 5.730 χρόνια.

Εκτός από τα δύο σταθερά ισότοπα άνθρακα, άνθρακα 12 και άνθρακα 13 και άνθρακα 14, υπάρχουν άλλα 12 ραδιενεργά ισότοπα άνθρακα: άνθρακας 8 έως άνθρακα 11 και άνθρακας 15 μέσω άνθρακα 22. Ο χρόνος ημιζωής αυτών των ισοτόπων είναι πολύ κοντό; Για παράδειγμα, ο χρόνος ημιζωής του άνθρακα 11 είναι 20 λεπτά και ο χρόνος ημιζωής του άνθρακα 22 είναι μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Ο άνθρακας 14 ως φυσικό ρολόι

Ο άνθρακας 14 παράγεται στην ατμόσφαιρα και εισέρχεται στον κύκλο ζωής, ενσωματωμένος σε όλους τους οργανισμούς ως άτομο άνθρακα, καθώς έχει τις ίδιες χημικές ιδιότητες με τα σταθερά ισότοπα άνθρακας 12 και άνθρακας 13. Όταν ένας οργανισμός πεθαίνει, αφήνει να ενσωματώσει άνθρακα , και επομένως σταματά επίσης να ενσωματώνει άνθρακα 14. Ο άνθρακας 14 των υπολειμμάτων αυτού του οργανισμού αρχίζει στη συνέχεια να εξαφανίζεται λόγω της ραδιενεργής αποσύνθεσής του, μειώνοντας την αναλογία του σε σχέση με τη συνολική ποσότητα άνθρακα, με ρυθμό που καθορίζεται από τον χρόνο ημιζωής του 5.730 χρόνια. Και έτσι γίνεται ένα φυσικό ρολόι, αφού μετρώντας την αναλογία άνθρακα 14 είναι δυνατό να γνωρίζουμε τον χρόνο που πέρασε από τότε που πέθανε ο οργανισμός.

Πηγές

Χρονολόγηση Carbon 14, Encyclopedia of Archaeology, Academic Press 2008.

Richard B. Firestone, Table of Isotopes , Όγδοη Έκδοση. Editor, Virginia S. Shirley. Wiley Interscience, 1986.