El carbono 12 y el carbono 14 son dos isótopos del elemento carbono, y la diferencia entre ambos es el número de neutrones en el núcleo de cada uno de sus átomos. Veamos brevemente cuál es la diferencia: cada isótopo de un elemento se identifica con un número que se coloca después del nombre, y que representa la suma de protones y neutrones del átomo. Cada elemento se define por el número de protones de su núcleo; por ejemplo, el elemento carbono tiene 6 protones. Los átomos de carbono 12 tienen 6 neutrones en su núcleo, además de sus 6 protones, mientras que los átomos de carbono 14 tienen 8 neutrones. Un átomo con carga neutra, no ionizado, tiene la misma cantidad de protones y electrones, por lo que un átomo no ionizado de carbono 12 o carbono 14 tiene 6 electrones, dado que los neutrones no tienen carga eléctrica. Los neutrones tienen una masa similar a la de los protones, por lo que los diferentes isótopos tienen diferente peso atómico. En nuestro caso, el carbono 12 es más liviano que el carbono 14.
El carbono tiene otro isótopo estable además del carbono 12; se trata del carbono 13, con 7 neutrones en su núcleo. En la naturaleza el 98.9 % de los átomos de carbono son del isótopo carbono 12, mientras que el restante 1.1 % son del carbono 13.
Los isótopos del carbono y su radiactividad
A diferencia del carbono 12 y del carbono 13, el carbono 14 es radioactivo. No es estable, es decir, hay una cierta probabilidad de que cada átomo de carbono 14 se transforme en un átomo de nitrógeno 14 en un proceso que se llama desintegración radioactiva. En ese proceso, el núcleo del átomo gana un protón, ya que el elemento nitrógeno se caracteriza por tener 7 protones en su núcleo. Para que se conserve la carga en el proceso se emite un electrón de alta energía cinética, es decir, de alta velocidad, que se conoce como radiación beta. A continuación se muestra la ecuación que representa el decaimiento radioactivo del carbono 14.
14C + p+ → 14N + e–
La probabilidad de que suceda un decaimiento radioactivo se refleja en la vida media del isótopo radiactivo, también llamado período de semidesintegración, que es el tiempo en el que una cantidad de átomos del isótopo radioactivo se reduce a la mitad. La vida media del carbono 14 es 5.730 años.
Además de los dos isótopos estables del carbono, el carbono 12 y el carbono 13, y del carbono 14, hay otros 12 isótopos radioactivos del carbono: del carbono 8 al carbono 11, y del carbono 15 al carbono 22. La vida media de estos isótopos es muy corta; por ejemplo, la vida media del carbono 11 es 20 minutos y la vida media del carbono 22 es de unas pocas milésimas de segundo.
El carbono 14 como un reloj natural
El carbono 14 se genera en la atmósfera y entra en el ciclo de la vida incorporándose a todos los organismos como un átomo de carbono, ya que tienen las mismas propiedades químicas que los isótopos estables carbono 12 y carbono 13. Cuando un organismo muere, deja de incorporar carbono, y por lo tanto también deja de incorporar carbono 14. El carbono 14 de los restos de ese organismo empieza entonces a desaparecer debido a su decaimiento radioactivo, reduciéndose su proporción respecto a la cantidad total de carbono, en un ritmo determinado por su vida media de 5.730 años. Y se convierte así en un reloj natural, ya que al medir la proporción de carbono 14 se puede saber el tiempo que transcurrió desde que el organismo murió. La medición de la proporción de carbono 14 es una herramienta fundamental en diferentes disciplinas ya que analizando trozos de madera, huesos o cualquier vestigio de material orgánico es posible determinar la fecha en que se desarrolló ese organismo, en un rango que va desde algunos cientos a varias decenas de miles de años.
Fuentes
Carbon 14 dating, Encyclopedia of Archaeology, Academic Press 2008.
Richard B. Firestone, Table of Isotopes, octava edición. Editora, Virginia S. Shirley. Wiley Interscience, 1986.
