Ogljik-14
Ogljik-14, C-14, 14
C ali radioogljik je radioaktivni izotop ogljika, katerega atomsko jedro vsebuje 6 protonov in 8 nevtronov. Njegova prisotnost v organskih materialih je osnova za metodo radiokarbonskega datiranja, ki so jo uvedli Willard Libby in sodelavci (1949) za datiranje arheoloških, geoloških in hidrogeoloških vzorcev. Ogljik-14 sta 27. februarja 1940 odkrila Martin Kamen in Sam Ruben iz Laboratorija za sevanje Kalifornijske univerze v Berkeleyju, Kalifornija (ZDA). Njegov obstoj je že leta 1934 predpostavil Franz Kurie.[2]
| Splošno | |
|---|---|
| Simbol | 14C |
| Ime | ogljik-14, 14C, C-14, radioogljik |
| Protoni (Z) | 6 |
| Nevtroni (N) | 8 |
| Podatki o nuklidu | |
| Naravna pogostost | 1 del na bilijon |
| Razpolovna doba (t1/2) | 5700±30 let |
| Izotopska masa | 14.0032420[1] Da |
| Spin | 0+ |
| Način razpada | |
| Način razpada | Razpadna energija (MeV) |
| beta | 0,156476[1] |
| Izotopi Popolna tabela nuklidov | |
V naravi se pojavljajo trije izotopi ogljika: ogljik-12 (12
C), ki predstavlja 99 % vsega ogljika na Zemlji; ogljik-13 (13
C), ki predstavlja 1 %, in ogljik-14 (14
C), ki se pojavlja v sledovih, in ga je v ozračju od 1 do 1,5 atoma na 1012. Ogljik-12 in ogljik-13 sta stabilna, ogljik-13 pa je nestabilen in ima razpolovno dobo 5700±30 let.[3] Ogljik-14 ima največjo specifično aktivnost 62,5 mCi/mmol (2,31 GBq/mmol) ali 164,9 GBq/g.[4] Z beta razpadom razpade v dušik-14 (14
N).[5] Gram ogljika, ki vsebuje 1 atom ogljika-14 na 1012 atomov, bo izseval ~0,2[6] beta delca na sekundo. Osnovni naravni vir ogljika-14 na Zemlji je delovanje kozmičnih žarkov na dušik v atmosferi, zato je to kozmogeni nuklid. K nastanku ogljika-14 v ozračju pa so med letoma 1955 in 1980 prispevali tudi atmosferski jedrski poskusi.
Izotopi ogljika se med seboj po kemičnih lastnostih ne razlikujejo pomembno. To podobnost uporabljajo v kemijskem in biološkem raziskovanju pri tehniki, imenovani označevanje z ogljikom: Atomi ogljika-14 se lahko uporabijo za zamenjavo neradioaktivnega ogljika za sledenje kemičnih in biokemičnih reakcij, ki vključujejo atome ogljika iz izbrane organske spojine.
Radioaktivni razpad in zaznava
urediOgljik-14 razpada z naslednjim beta razpadom:
- 14
6C → 14
7N + e− +
ν
e + 156,5 keV
Z izsevanjem elektrona in elektronskega antinevtrina eden od nevtronov v ogljiku-14 razpade v proton, ogljik-14 (razpolovna doba 5730 ± 40 let[7]) pa razpade v stabilni (neradioaktivni) izotop dušik-14.
Kot je običajno pri beta razpadu, skoraj vso razpadno energijo odneseta beta delec in nevtrino. Izsevani beta delci imajo največjo energijo približno 156 keV, njihova utežena povprečna energija pa je 49 keV.[7] To so razmeroma majhne energije; največjo razdaljo, ki jo tak delec prepotuje, ocenjujejo na 22 cm v zraku in 0,27 mm v telesnih tkivih. Delež sevanja, ki se prenese skozi mrtvo kožno plast, je ocenjen na 0,11. Majhnih količin ogljika-14 običajni Geiger-Müllerjev števec ne zazna; običajno ne zazna kontaminacije pod približno 100.000 razpadov na minuto (0,05 µCi). Prednostni postopek je tekočinsko scintilacijsko štetje,[8] čeprav se je v zadnjem času kot metoda izbire uveljavila masna spektrometrija s pospeševalnikom. Ta prešteje vse atome ogljika-14 v vzorcu in ne samo tistih nekaj, ki med meritvijo razpadejo, zato se lahko uporablja pri precej manjših vzorcih (npr. posamezno rastlinsko seme), rezultati pa se pridobijo precej hitreje. Učinkovitost G-M štetja je ocenjena na 3 %. V vodi je plast polovične razdalje oddaljena 0,05 mm.[9]
Radiokarbonsko datiranje
urediRadiokarbonsko datiranje je radiometrično datiranje, pri katerem se za določanje starosti materialov, ki vsebujejo ogljik, starih do 60.000 let, uporablja (14
C). Tehniko je razvil Willard Libby s sodelavci leta 1949,[10] ko je bil profesor na Univerzi v Chicagu. Libby je radioaktivnost zamenljivega ogljika-14 ocenil na 14 razpadov na minuto (dpm) na gram čistega ogljika, kar se še vedno uporablja kot aktivnost sodobnega radiokarbonskega standarda.[11][12] Leta 1960 je za to delo prejel Nobelovo nagrado za kemijo.
Ena od pogostih uporab tehnike je datiranje organskih ostankov iz arheoloških mest. Rastline fiksirajo atmosferski ogljik med fotosintezo, zato je raven 14
C v rastlinah in živalih ob smrti približno enaka ravni 14
C v atmosferi v tistem obdobju. Nato pa se z radioaktivnim razpadom zmanjšuje, kar omogoča določitev datuma smrti ali fiksacije. Začetna raven 14
C za izračun se lahko oceni ali neposredno primerja z znanimi podatki za leta, pridobljenimi iz drevesnih letnic (dendrokronologija) za čas do 10.000 let pred sedanjosto (z uporabo prekrivajočih se podatkov živih in odmrlih dreves na določenem območju) ali z jamskimi usedlinami (kapniki) za čas do 45.000 let pred sedanjostjo. Izračun ali (natančneje) neposredna primerjava ravni ogljika-14 v vzorcu z ravnijo ogljika-14 v drevesnih letnicah ali kapnikih znane starosti nato da starost lesa ali živali. Radioogljik se uporablja tudi za določanje ekosistemskih motenj: npr. na šotnih območjih lahko radioogljik pomeni, da se zaradi čiščenja terena ali podnebnih sprememb sprošča ogljik, ki je bil prej shranjen v organskih tleh.[13][14]
Kozmogeni nuklidi se uporabljajo tudi kot posrednik za ugotavljanje lastnosti kozmičnih delcev in Sončeve aktivnosti v oddaljeni preteklosti.[15][16]
Sklici
uredi- ↑ 1,0 1,1 Waptstra, A.H.; Audi, G.; Thibault, C. »AME atomic mass evaluation 2003«. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 23. septembra 2008. Pridobljeno 3. junija 2007.
- ↑ 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): 584–90. Bibcode:1963Sci...140..584K. doi:10.1126/science.140.3567.584. PMID 17737092.
- ↑ Godwin, H. (1962). »Half-life of radiocarbon«. Nature. 195 (4845): 984. Bibcode:1962Natur.195..984G. doi:10.1038/195984a0. S2CID 27534222.
- ↑ »Specific Activity (Carbon-14)«. crbdiscovery.com/.
- ↑ »What is carbon dating?«. National Ocean Sciences Accelerator Mass Spectrometry Facility. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 5. julija 2007. Pridobljeno 11. junija 2007.
- ↑ (1 per 1012) × (1 gram / (12 gramov na mol)) × (Avogadrova konstanta) / ((5730 let) × (31.557.600 sekund na julijansko leto) / ln(2))
- ↑ 7,0 7,1 Be. »14C Comments on evaluation of decay data« (PDF). www.nucleide.org. LNHB. Arhivirano iz prvotnega spletišča (PDF) dne 15. avgusta 2011. Pridobljeno 30. oktobra 2021.
- ↑ "Radiation Safety Manual for Laboratory Users, Appendix B: The Characteristics of Common Radioisotopes" Arhivirano 2013-10-02 na Wayback Machine., Princeton University.
- ↑ "Material Safety Data Sheet. Carbon-14" Arhivirano 2013-03-12 na Wayback Machine., University of Michigan.
- ↑ Arnold, J. R.; Libby, W. F. (1949). »Age Determinations by Radiocarbon Content: Checks with Samples of Known Age«. Science. 110 (2869): 678–80. Bibcode:1949Sci...110..678A. doi:10.1126/science.110.2869.678. PMID 15407879.
- ↑ »Carbon 14:age calculation«. C14dating.com. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 10. junija 2007. Pridobljeno 11. junija 2007.
- ↑ »Class notes for Isotope Hydrology EESC W 4886: Radiocarbon 14C«. Martin Stute's homepage at Columbia. Arhivirano iz spletišča dne 24. septembra 2006. Pridobljeno 11. junija 2007.
- ↑ Moore, Sam; Evans, Chris D.; Page, Susan E.; Garnett, Mark H.; Jones, Tim G.; Freeman, Chris; Hooijer, Aljosja; Wiltshire, Andrew J.; Limin, Suwido H. (2013). »Deep instability of deforested tropical peatlands revealed by fluvial organic carbon fluxes« (PDF). Nature (v angleščini). 493 (7434): 660–663. Bibcode:2013Natur.493..660M. doi:10.1038/nature11818. ISSN 0028-0836. PMID 23364745. S2CID 205232299.
- ↑ Dean, Joshua F.; Garnett, Mark H.; Spyrakos, Evangelos; Billett, Michael F. (2019). »The Potential Hidden Age of Dissolved Organic Carbon Exported by Peatland Streams«. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences (v angleščini). 124 (2): 328–341. Bibcode:2019JGRG..124..328D. doi:10.1029/2018JG004650. ISSN 2169-8953.
- ↑ Reimer, Paula; in sod. (Avgust 2020). »The INTCAL20 Northern Hemisphere Radiocarbon Age Calibration Curve (0–55 CAL kBP)«. Radiocarbon. 62 (4): 725–757. doi:10.1017/RDC.2020.41.
- ↑ Brehm, N.; in sod. (2021). »Eleven-year solar cycles over the last millennium revealed by radiocarbon in tree rings«. Nature Geoscience. 14 (1): 10–15. Bibcode:2021NatGe..14...10B. doi:10.1038/s41561-020-00674-0. S2CID 230508539.