Hvad er forskellen mellem kulstof 12 og kulstof 14?

Kulstof 12 og kulstof 14 er to isotoper af grundstoffet kulstof., og forskellen mellem de to er antallet af neutroner i kernen af ​​hvert af deres atomer. Lad os kort se, hvad forskellen er: Hver isotop af et grundstof er identificeret med et tal, der er placeret efter navnet, og som repræsenterer summen af ​​protoner og neutroner i atomet. Hvert grundstof er defineret af antallet af protoner i dets kerne; For eksempel har grundstoffet kulstof 6 protoner. Kulstof 12 atomer har 6 neutroner i deres kerne, ud over deres 6 protoner, mens kulstof 14 atomer har 8 neutroner. Et neutralt ladet, ikke-ioniseret atom har det samme antal protoner og elektroner, så et ikke-ioniseret kulstof-12- eller kulstof-14-atom har 6 elektroner, da neutroner ikke har nogen elektrisk ladning. Neutroner har en masse svarende til protonernes.atomvægt. I vores tilfælde er kulstof 12 lettere end kulstof 14.

Kulstof har en anden stabil isotop udover kulstof 12; Det er kulstof 13, med 7 neutroner i sin kerne. I naturen er 98,9% af kulstofatomerne af kulstof-12-isotopen, mens de resterende 1,1% er kulstof-13.

Kulstofisotoper og deres radioaktivitet

I modsætning til kulstof 12 og kulstof 13 er kulstof 14 radioaktivt. Det er ikke stabilt, det vil sige, at der er en vis sandsynlighed for, at hvert kulstof-14-atom vil ændre sig til et nitrogen-14-atom i en proces kaldet radioaktivt henfald . I denne proces får atomets kerne en proton, da grundstoffet nitrogen er kendetegnet ved at have 7 protoner i sin kerne. For at ladningen skal bevares i processen, udsendes en elektron med høj kinetisk energi, det vil sige høj hastighed, som er kendt som betastråling . Nedenfor er ligningen, der repræsenterer det radioaktive henfald af kulstof 14.

¹⁴ C + p ⁺ →  ¹⁴ N + e ^–

Sandsynligheden for, at et radioaktivt henfald opstår, afspejles i halveringstiden for den radioaktive isotop, også kaldet halveringstiden , som er den tid, hvor et antal atomer i den radioaktive isotop reduceres til det halve. Halveringstiden for kulstof 14 er 5.730 år.

Ud over de to stabile isotoper af kulstof, kulstof 12 og kulstof 13 og kulstof 14, er der 12 andre radioaktive isotoper af kulstof: kulstof 8 til kulstof 11 og kulstof 15 til kulstof 22. Halveringstiden for disse isotoper er meget kort; for eksempel er halveringstiden for kulstof 11 20 minutter og halveringstiden for kulstof 22 er et par tusindedele af et sekund.

Carbon 14 som et naturligt ur

Kulstof 14 dannes i atmosfæren og kommer ind i livscyklussen, idet det inkorporeres i alle organismer som et kulstofatom, da det har de samme kemiske egenskaber som de stabile isotoper kulstof 12 og kulstof 13. Når en organisme dør, går den for at inkorporere kulstof , og stopper derfor også med at inkorporere kulstof 14. Kulstoffet 14 af resterne af denne organisme begynder derefter at forsvinde på grund af dets radioaktive henfald, hvilket reducerer dets andel i forhold til den samlede mængde kulstof, med en hastighed bestemt af dens halveringstid på 5.730 år. Og dermed bliver det et naturligt ur, da man ved at måle andelen af ​​kulstof 14 er muligt at kende den tid, der er gået, siden organismen døde.

Kilder

Carbon 14-datering, Encyclopedia of Archaeology, Academic Press 2008.

Richard B. Firestone, Table of Isotopes , ottende udgave. Redaktør, Virginia S. Shirley. Wiley Interscience, 1986.