Tabla de Contenidos
คาร์บอน 12 และคาร์บอน 14 เป็นสองไอโซโทปของธาตุคาร์บอนและความแตกต่างระหว่างทั้งสองคือจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสของแต่ละอะตอม มาดูกันสั้นๆ ว่าความแตกต่างคืออะไร แต่ละไอโซโทปของธาตุจะถูกระบุด้วยตัวเลขที่อยู่หลังชื่อ และนั่นแสดงถึงผลรวมของโปรตอนและนิวตรอนในอะตอม แต่ละองค์ประกอบถูกกำหนดโดยจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส เช่น ธาตุคาร์บอนมี 6 โปรตอน อะตอมของคาร์บอน 12 มีนิวตรอน 6 ตัวในนิวเคลียส นอกเหนือจากโปรตอน 6 ตัว ในขณะที่คาร์บอน 14 อะตอมมีนิวตรอน 8 ตัว อะตอมที่มีประจุเป็นกลางและไม่แตกตัวเป็นไอออนมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน ดังนั้นอะตอมของคาร์บอน-12 หรือคาร์บอน-14 ที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนจึงมีอิเล็กตรอน 6 ตัว เนื่องจากนิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้า นิวตรอนมีมวลใกล้เคียงกับโปรตอนน้ำหนักอะตอม ในกรณีของเรา คาร์บอน 12 นั้นเบากว่าคาร์บอน 14
คาร์บอนมีไอโซโทปที่เสถียรอื่นนอกเหนือจากคาร์บอน 12; มันคือคาร์บอน 13 ซึ่งมีนิวตรอน 7 ตัวอยู่ในนิวเคลียส ในธรรมชาติ 98.9% ของอะตอมของคาร์บอนเป็นไอโซโทปของคาร์บอน 12 ในขณะที่อีก 1.1% ที่เหลือเป็นของคาร์บอน 13
ไอโซโทปคาร์บอนและกัมมันตภาพรังสี
ซึ่งแตกต่างจากคาร์บอน 12 และคาร์บอน 13 คาร์บอน 14 มีกัมมันตภาพรังสี มันไม่เสถียร นั่นคือมีความเป็นไปได้ที่อะตอม ของคาร์บอน-14 แต่ละอะตอมจะเปลี่ยนเป็นอะตอมของไนโตรเจน-14 ในกระบวนการที่เรียกว่าการสลายกัมมันตภาพรังสี ในกระบวนการนี้ นิวเคลียสของอะตอมได้รับโปรตอน เนื่องจากธาตุไนโตรเจนมีโปรตอน 7 ตัวในนิวเคลียส เพื่อที่จะรักษาประจุในกระบวนการนี้ อิเล็กตรอนที่มีพลังงานจลน์สูง ซึ่งก็คือความเร็วสูงจะถูกปล่อยออกมา ซึ่งเรียกว่ารังสีบีตา ด้านล่างนี้คือสมการที่แสดงถึงการสลายกัมมันตภาพรังสีของคาร์บอน 14
14 C + p + → 14 N + e –
ความน่าจะเป็นของการสลายกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นจะสะท้อนให้เห็นในครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสี หรือที่เรียกว่า ครึ่งชีวิตซึ่งเป็นเวลาที่จำนวนอะตอมของไอโซโทปกัมมันตรังสีลดลงครึ่งหนึ่ง ครึ่งชีวิตของคาร์บอน 14 คือ 5,730 ปี
นอกจากไอโซโทปเสถียรของคาร์บอน 2 ชนิด ได้แก่ คาร์บอน 12 และคาร์บอน 13 และคาร์บอน 14 แล้ว ยังมีไอโซโทปกัมมันตรังสีของคาร์บอนอีก 12 ชนิด ได้แก่ คาร์บอน 8 ถึงคาร์บอน 11 และคาร์บอน 15 ถึงคาร์บอน 22 ครึ่งชีวิตของไอโซโทปเหล่านี้คือ สั้นมาก ตัวอย่างเช่น ครึ่งชีวิตของคาร์บอน 11 คือ 20 นาที และครึ่งชีวิตของคาร์บอน 22 คือไม่กี่ในพันวินาที
คาร์บอน 14 เป็นนาฬิกาธรรมชาติ
คาร์บอน 14 ถูกสร้างขึ้นในชั้นบรรยากาศและเข้าสู่วงจรชีวิต โดยรวมอยู่ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในรูปของอะตอมของคาร์บอน เนื่องจากมีคุณสมบัติทางเคมีเช่นเดียวกับไอโซโทปที่เสถียรของคาร์บอน 12 และคาร์บอน 13 เมื่อสิ่งมีชีวิตตาย คาร์บอนจะปล่อยคาร์บอนออกมารวม และด้วยเหตุนี้จึงหยุดรวมคาร์บอน 14 ไว้ด้วย คาร์บอน 14 ของซากสิ่งมีชีวิตนั้นเริ่มหายไปเนื่องจากการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี ลดสัดส่วนตามปริมาณคาร์บอนทั้งหมดในอัตราที่กำหนดโดยครึ่งชีวิตของมัน 5,730 ปี และด้วยเหตุนี้มันจึงกลายเป็นนาฬิกาธรรมชาติ เนื่องจากการวัดสัดส่วนของคาร์บอน 14 จึงเป็นไปได้ที่จะรู้เวลาที่ผ่านไปนับตั้งแต่สิ่งมีชีวิตตาย
แหล่งที่มา
คาร์บอน 14 เดท, สารานุกรมโบราณคดี, สำนักพิมพ์วิชาการ 2551
Richard B. Firestone, ตารางไอโซโทป , ฉบับที่แปด บรรณาธิการ เวอร์จิเนีย เอส. เชอร์ลีย์ ไวลีย์อินเตอร์ไซแอนซ์ 2529
