كربون-14

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

الكربون-14 في الفيزياء (بالإنجليزية:Carbon-14 أو 14C ) هو نظير مشع للكربون تحتوي نواته على 6 بروتونات و 8 نيوترونات . وهو يوجد طبيعيا في المواد العضوية 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 و عينات جيولوجية. اكتشف الكربون-14 عام 1940[1]

توجد من الكربون ثلاثة نظائر طبيعيا علي الأرض : 99 % منها كربون-12 و 1 % كربون-13 و آثار من الكربون-14 ، أي نحو 1 /ترليون (0.0000000001%) . في الهواء . ويبلغ عمر النصف للكربون-14 5,730±40 سنة ، حيث يتحلل إلى النيتروجين-14 عن طريق تحلل بيتا. [2]

ومصدر وجود الكربون-14 في جو الأرض هو الأشعة الكونية التي تتفاعل مع النيتروجين في الجو وتنتجه . 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.

مصدره وتحلله[عدل]

1: تكون الكربون-14
2: تحلل الكربون-14
3: علامة "يساوي" تنطبق على الأحياء الحالية , وعلامة "أقل من " تنطبق على ما مات من الأحياء ، والتي يمكن تقدير عمرها من محتواها من الكربون-14.

ينتج الكربون-14 في الطبقات الجوية العليا في تروبوسفير و ستراتوسفير 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 .

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

في تحلل بيتا يصدر الكربون-14 1 إلكترون من النواة و مضاد 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 EBq), يوجد معظمها في المحيطات . [3]

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. [4]

تقدير عمر الأحفورات بواسطة الكربون-14[عدل]

يستخدم الكربون-14 في تقدير عمر الصخور والطبقات الأرضية و الأحفورات وبالتالي هي طريقة لتقدير عمر نباتات 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 ولكل 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 : U

 N = N_0\,e^{-t/ \tau},

حيث:

 \frac{N}{ N_0} = 4/14 \approx 0.286,
 \tau = \frac{T_{1/2}}{\ln 2} \approx 8267 years,
 t = -\tau\,\ln\frac{N}{ N_0} \approx 10360 years.

اقرأ أيضا[عدل]

المراجع[عدل]

  1. ^ Kamen، Martin D. (1963). "Early History of Carbon-14: Discovery of this supremely important tracer was expected in the physical sense but not in the chemical sense". Science 140 (3567): 584–590. Bibcode:1963Sci...140..584K. doi:10.1126/science.140.3567.584. PMID 17737092. 
  2. ^ {{cite web|url=http://www.nosams.whoi.edu/about/carbon_dating.html%7Ctitle=What is carbon dating?|publisher=National Ocean Sciences Accelerator Mass Spectrometry Facility|accessdate=2007-06-11}}
  3. ^ "Human Health Fact Sheet - Carbon 14". Argonne National Laboratory, EVS. August 2005. 
  4. ^ Ramsey, C. Bronk (2008). "Radiocarbon Dating: Revolutions in Understanding". Archaeometry 50 (2): 249–275. doi:10.1111/j.1475-4754.2008.00394.x. 

وصلات خارجية[عدل]

المراجع[عدل]