Jaka jest różnica między węglem 12 a węglem 14?

Węgiel 12 i węgiel 14 to dwa izotopy pierwiastka węgiel., a różnica między nimi to liczba neutronów w jądrze każdego z ich atomów. Zobaczmy pokrótce, na czym polega różnica: każdy izotop pierwiastka jest identyfikowany liczbą umieszczoną po nazwie, która reprezentuje sumę protonów i neutronów w atomie. Każdy pierwiastek jest określony przez liczbę protonów w jego jądrze; Na przykład pierwiastek węgiel ma 6 protonów. Atomy węgla 12 mają w jądrze 6 neutronów oprócz 6 protonów, podczas gdy atomy węgla 14 mają 8 neutronów. Neutronicznie naładowany, niezjonizowany atom ma taką samą liczbę protonów i elektronów, więc niezjonizowany atom węgla-12 lub węgla-14 ma 6 elektronów, ponieważ neutrony nie mają ładunku elektrycznego. Neutrony mają masę podobną do protonów.masa atomowa. W naszym przypadku węgiel 12 jest lżejszy niż węgiel 14.

Węgiel ma inny stabilny izotop oprócz węgla 12; Jest to węgiel 13, z 7 neutronami w jądrze. W naturze 98,9% atomów węgla to izotop węgla 12, a pozostałe 1,1% to węgiel 13.

Izotopy węgla i ich promieniotwórczość

W przeciwieństwie do węgla 12 i węgla 13, węgiel 14 jest radioaktywny. Nie jest stabilny, to znaczy istnieje pewne prawdopodobieństwo, że każdy atom węgla-14 zmieni się w atom azotu-14 w procesie zwanym rozpadem radioaktywnym . W tym procesie jądro atomu zyskuje proton, ponieważ pierwiastek azot charakteryzuje się posiadaniem 7 protonów w swoim jądrze. Aby ładunek był zachowany w procesie, emitowany jest elektron o dużej energii kinetycznej, czyli dużej prędkości, co jest znane jako promieniowanie beta . Poniżej znajduje się równanie przedstawiające rozpad promieniotwórczy węgla 14.

¹⁴ C + p ⁺ →  ¹⁴ N + mi ^–

Prawdopodobieństwo wystąpienia rozpadu promieniotwórczego odzwierciedla okres półtrwania izotopu promieniotwórczego, zwany także okresem półtrwania , czyli czas, w którym liczba atomów izotopu promieniotwórczego zmniejsza się o połowę. Okres półtrwania węgla 14 wynosi 5730 lat.

Oprócz dwóch stabilnych izotopów węgla, węgla 12 i węgla 13 oraz węgla 14, istnieje 12 innych radioaktywnych izotopów węgla: węgiel od 8 do 11 i od 15 do 22. Okres półtrwania tych izotopów wynosi bardzo krótki; na przykład okres półtrwania węgla 11 wynosi 20 minut, a okres półtrwania węgla 22 to kilka tysięcznych części sekundy.

Węgiel 14 jako naturalny zegar

Węgiel 14 jest generowany w atmosferze i wchodzi w cykl życiowy, będąc włączany do wszystkich organizmów jako atom węgla, ponieważ ma takie same właściwości chemiczne jak stabilne izotopy węgiel 12 i węgiel 13. Kiedy organizm umiera, odchodzi, aby włączyć węgiel , a zatem przestaje również zawierać węgiel 14. Węgiel 14 szczątków tego organizmu zaczyna następnie zanikać z powodu jego rozpadu radioaktywnego, zmniejszając jego udział w stosunku do całkowitej ilości węgla, w tempie określonym przez jego okres półtrwania wynoszący 5730 lat. I tym samym staje się zegarem naturalnym, gdyż mierząc udział węgla 14 można poznać czas, jaki upłynął od śmierci organizmu.

Źródła

Datowanie węglem 14, Encyklopedia Archeologii, Academic Press 2008.

Richard B. Firestone, Tabela izotopów , wydanie ósme. Redaktor, Virginia S. Shirley. Wiley Interscience, 1986.