PROFILPELAJAR.COM

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

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 .

\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 :

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.

المراجع

^ ^ا ^ب ^ج Filip G. Kondev (Mar 2017). "The AME2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures" (بالإنجليزية). p. 030002. Retrieved 2017-03-01.
^ ^ا ^ب ^ج مذكور في: قاعدة البيانات الكيمياء العامة. مُعرِّف مُركَّب في قاعدة البيانات الكيمياء العامة (PubChem CID): 91866192. لغة العمل أو لغة الاسم: الإنجليزية. العنوان: CID91866192. الوصول: 18 نوفمبر 2016.
^ ^ا ^ب "NuDat". اطلع عليه بتاريخ 2016-06-23.
^ "NuDat". اطلع عليه بتاريخ 2015-11-09.
^ وصلة مرجع: http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/reCenter.jsp?z=6&n=8.
^ 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. ج. 140 ع. 3567: 584–590. Bibcode:1963Sci...140..584K. DOI:10.1126/science.140.3567.584. PMID:17737092.
^ {{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}}
^ "Human Health Fact Sheet - Carbon 14" (PDF). Argonne National Laboratory, EVS. أغسطس 2005. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2013-07-23.
^ Ramsey, C. Bronk (2008). "Radiocarbon Dating: Revolutions in Understanding". Archaeometry. ج. 50 ع. 2: 249–275. DOI:10.1111/j.1475-4754.2008.00394.x.