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Il carbonio 12 e il carbonio 14 sono due isotopi dell’elemento carbonio., e la differenza tra i due è il numero di neutroni nel nucleo di ciascuno dei loro atomi. Vediamo brevemente qual è la differenza: ogni isotopo di un elemento viene identificato con un numero che viene posto dopo il nome, e che rappresenta la somma di protoni e neutroni nell’atomo. Ogni elemento è definito dal numero di protoni nel suo nucleo; Ad esempio, l’elemento carbonio ha 6 protoni. Gli atomi di carbonio 12 hanno 6 neutroni nel loro nucleo, oltre ai loro 6 protoni, mentre gli atomi di carbonio 14 hanno 8 neutroni. Un atomo non ionizzato con carica neutra ha lo stesso numero di protoni ed elettroni, quindi un atomo di carbonio-12 o carbonio-14 non ionizzato ha 6 elettroni, poiché i neutroni non hanno carica elettrica. I neutroni hanno una massa simile a quella dei protoni.peso atomico. Nel nostro caso, il carbonio 12 è più leggero del carbonio 14.
Il carbonio ha un altro isotopo stabile oltre al carbonio 12; È carbonio 13, con 7 neutroni nel suo nucleo. In natura, il 98,9% degli atomi di carbonio è dell’isotopo del carbonio 12, mentre il restante 1,1% è del carbonio 13.
Isotopi del carbonio e loro radioattività
A differenza del carbonio 12 e del carbonio 13, il carbonio 14 è radioattivo. Non è stabile, cioè c’è una certa probabilità che ogni atomo di carbonio-14 si trasformi in un atomo di azoto-14 in un processo chiamato decadimento radioattivo . In questo processo, il nucleo dell’atomo guadagna un protone, poiché l’elemento azoto è caratterizzato dall’avere 7 protoni nel suo nucleo. Affinché la carica si conservi nel processo, viene emesso un elettrone con elevata energia cinetica, cioè ad alta velocità, nota come radiazione beta . Di seguito è riportata l’equazione che rappresenta il decadimento radioattivo del carbonio 14.
14 C + p + → 14 N + e –
La probabilità che si verifichi un decadimento radioattivo si riflette nel tempo di dimezzamento dell’isotopo radioattivo, chiamato anche tempo di dimezzamento , che è il tempo in cui un numero di atomi dell’isotopo radioattivo si riduce della metà. L’emivita del carbonio 14 è di 5.730 anni.
Oltre ai due isotopi stabili del carbonio, il carbonio 12 e il carbonio 13, e il carbonio 14, ci sono altri 12 isotopi radioattivi del carbonio: dal carbonio 8 al carbonio 11 e dal carbonio 15 al carbonio 22. L’emivita di questi isotopi è molto corto; ad esempio, l’emivita del carbonio 11 è di 20 minuti e l’emivita del carbonio 22 è di pochi millesimi di secondo.
Carbonio 14 come orologio naturale
Il carbonio 14 si genera nell’atmosfera ed entra nel ciclo vitale, essendo incorporato in tutti gli organismi come atomo di carbonio, poiché ha le stesse proprietà chimiche degli isotopi stabili carbonio 12 e carbonio 13. Quando un organismo muore, lascia incorporare il carbonio , e quindi smette anche di incorporare il carbonio 14. Il carbonio 14 dei resti di quell’organismo inizia quindi a scomparire a causa del suo decadimento radioattivo, riducendo la sua proporzione rispetto alla quantità totale di carbonio, a una velocità determinata dalla sua emivita di 5.730 anni. E diventa così un orologio naturale, poiché misurando la proporzione di carbonio 14 è possibile conoscere il tempo trascorso dalla morte dell’organismo.
Fonti
Datazione al carbonio 14, Encyclopedia of Archaeology, Academic Press 2008.
Richard B. Firestone, Tavola degli isotopi , ottava edizione. Redattore, Virginia S. Shirley. Wiley Interscienza, 1986.