كربون-14

كربون-14

معلومات عامة

صنف فرعي من	كربون
الاستعمال	تأريخ بالكربون المشع
الكتلة	14٫0032419884 وحدة كتلة ذرية[1]
الصيغة الكيميائية	C[2]
محددات بنود الإدخال الخطية النصية الجزيئية المبسطة القانونية (SMILES)	[C][2]
تصاوغ محددات الإدخال الخطي النصي الجزيئي المبسط (iso-SMILES)	[14C][2]
العدد الذري	6
عدد النيوترونات	8
التكافؤ	1[3]
العدد الكمي اللفي	0[3]
زيادة الكتلة	3٬019٫89278 كيلو إلكترون فولت[1]
يضمحلل إلى	نيتروجين-14[4]
عمر النصف	5٬700 annum (en) [5]
طاقة الربط	105٬284٫466 كيلو إلكترون فولت[1]

تعديل - تعديل مصدري - تعديل ويكي بيانات

الكربون-14( ¹⁴C ) هو نظير مشع للكربون تحتوي نواته على 6 بروتونات و 8 نيوترونات . وهو يوجد طبيعيا في المواد العضوية كالأشجار والأخشاب القديمة ويستخدم في تعيين عمر العينات القديمة والآثار التي قد يبلغ عمرها 10.000 عام أو أكثر . وقد استخدمه العالم الفيزيائي ويلارد ليبي وزملاؤه عام 1949 لتعيين عمر أثار قديمة وعينات جيولوجية. اكتشف الكربون-14 عام 1940^[6]

توجد من الكربون ثلاثة نظائر طبيعيا علي الأرض : 99 % منها كربون-12 و 1 % كربون-13 و قليل جدا جدا من الكربون-14 ، أي نحو 1 /ترليون (0.0000000001%) في الهواء . ويبلغ عمر النصف للكربون-14 5,730±40 سنة، حيث يتحلل إشعاعيا إلى النيتروجين-14 عن طريق تحلل بيتا. ^[7]

ومصدر وجود الكربون-14 في جو الأرض هو الأشعة الكونية التي تتفاعل مع النيتروجين في الجو وتنتجه فكان وجوده في الماضي ثابتا. ولكن تداخل في نسبة الكربون-14 في الجو خلال التجارب النووية بين 1955 - 1980 كربون-14 ناتج من تلك التجارب ولا بد من أخذها في الحسبان عند تعيين عمر العينات .

ولا تختلف الخواص الكيميائية للنظائر المشعة المختلفة للكربون. ولذلك نستعين بها في دراسة التفاعلات الكيميائية العضوية حيث نستبدل بعض ذرات الكربون الطبيعي فيه بذرات الكربون-14 المشع، وبذلك تستطيع تتبع انتقال الكربون في بنية المركبات العضوية.

المصدر والتحلل

ينتج الكربون-14 في الطبقات الجوية العليا في تروبوسفير وستراتوسفير بتفاعل النيوترونات البطيئة القادمة من الأشعة الكونية مع ذرات النيتروجين . عندما تدخل الأشعة الكونية الغلاف الجوي تتحول إلى بعض الجسيمات الأخرى ومن ضمنها النيوترونات . وتدخل النيوترونات (¹n) الناتجة في التفاعل الآتي:

¹n + ¹⁴N → ¹⁴C + ¹p

أعلى معدل تكوين الكربون-14 يحدث على ارتفاع 9 إلى 15 كيلومتر ، ثم ينتشر في جميع أنحاء الأرض ويتفاعل مع الأكسجين مكونا ثاني أكسيد الكربون مشع. ويذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء وينتشر في المحيطات .

يتحلل الكربون-14 عن طريق تحلل بيتا .

${\displaystyle \mathrm {~_{6}^{14}C} \rightarrow \mathrm {~_{7}^{14}N} +e^{-}+{\bar {\nu }_{e}$

في تحلل بيتا يصدر الكربون-14 1 إلكترون من النواة ومضاد نيوترينو الإلكترون، ويبلع عمر النصف للكربون-14 5730 سنة حيث يتحلل إلى النيتروجين-14 المستقر (غير مشع).

تركيز الكربون-14 في جو الأرض يبلغ نحو 300 مليون كوري (11 إكسا (سابقة)بيكريل), يوجد معظمها في المحيطات . ^[8]

ولم يكن معدل تكوّن الكربون-14 معروفا بالضبط قبل عام 2008 . وتختلف تكونه بحسب تغيرات تحدث في شدة الأشعة الكونية عند انفجار مستعرات عظمى في أعماق الكون، ولاختلاف المجال المغناطيسي للأرض من منطقة إلى منطقة. ^[9]

تقدير عمر الأحفورات بواسطة الكربون-14

يستخدم الكربون-14 في تقدير عمر الصخور والطبقات الأرضية و الأحفورات وبالتالي هي طريقة لتقدير عمر نباتات أو اخشاب قديمة اثرية أو أحياء عاشت في الماضي واختزنت في الطبقات الأرضية المعنية . يتميز الكربون-14 بعمر نصف مقداره 5730 سنة، ويتحلل بمعدل 14 تحللا في الدقيقة الواحدة لكل جرام من الكربون الطبيعي (الكربون الطبيعي يحتوي على أغلبية من الكربون-12 ونسبة معينة من الكربون-14).

فإذا عثرنا على عينة (أحفورة) ووجدناها تصدر 4 تحللات /دقيقة/جرام من الكربون فيها، فما هو عمرها ؟

لحساب العمر نستخدم المعادلة المذكورة أعلاه :

${\displaystyle N=N_{0}\,e^{-t/\tau },}$

حيث:

${\displaystyle {\frac {N}{N_{0}=4/14\approx 0.286,}$

${\displaystyle \tau ={\frac {T_{1/2}{\ln 2}\approx 8267}$ years,

${\displaystyle t=-\tau \,\ln {\frac {N}{N_{0}\approx 10360}$ years.

اقرأ أيضا

• تأريخ بالكربون المشع
• تأريخ الأرجون-أرجون
• نظائر الكربون
• كربون-12
• كربون
• كيمياء عضوية
• كيمياء غير عضوية
• تآصلات كربون
• ماس
• خواص الماس

المراجع

وصلات خارجية

• ما هو التأريخ بواسطة الكربون؟
• معمل لوس ألاموس القومي - كربون
• صفحة ممتدة للكربون في موقع asu.edu
• كيف يستعمل كربون 14

المراجع

• بوابة الفيزياء
• بوابة العناصر الكيميائية
• بوابة الكيمياء