محتويات
- الفرق بين الكربون 12 والكربون 14
- نظائر الكربون والنشاط الإشعاعي
- نظائر الكربون الشائعة الأخرى
- تاريخ الكربون 14
الكربون (C) ، عنصر كيميائي غير معدني في المجموعة 14 (IVa) من الجدول الدوري ، وعلى الرغم من توزيع الكربون على نطاق واسع في الطبيعة ، إلا أن الكربون ليس وفيرًا بشكل كبير ، حيث لا يشكل سوى حوالي 0.025 في المائة من قشرة الأرض.
ومع ذلك فهو يشكل مركبات أكثر من جميع العناصر الأخرى مجتمعة ، وفي عام 1961م ، تم اختيار نظير الكربون 12 ، ليحل محل الأكسجين كمعيار نسبي ، ويتم قياس الأوزان الذرية لجميع العناصر الأخرى ، والكربون 14 ، المشع ، هو النظير المستخدم في مواعدة الكربون المشع ، والتسمية الإشعاعية.
والكربون 12 والكربون 14 ، هما نظيران للعنصر الكربوني ، والفرق بين كربون -12 ، وكربون -14 هو عدد النيوترونات في كل ذرة. [1]
الفرق بين الكربون 12 والكربون 14
يشير الرقم المعطى بعد اسم الذرة إلى عدد البروتونات بالإضافة إلى النيوترونات في ذرة أو أيون ، وتحتوي ذرات نظائر الكربون على 6 بروتونات ، وتحتوي ذرات الكربون -12 ، على 6 نيوترونات ، بينما تحتوي ذرات الكربون -14 ، على 8 نيوترون.
وسيكون للذرة المحايدة نفس عدد البروتونات ، والإلكترونات ، لذا فإن الذرة المحايدة من الكربون 12 ، أو الكربون 14 ، سيكون لها 6 إلكترونات ، وعلى الرغم من أن النيوترونات ، لا تحمل شحنة كهربائية ، إلا أن لها كتلة مماثلة لكتلة البروتونات ، لذلك فإن النظائر المختلفة ، لها وزن ذري مختلف ، كما أن الكربون 12 ، أخف من الكربون 14.
وبناء عليه فالفرق بين الكربون 12 والكربون 14 كالتالي :
1- لذا فالكربون 12 والكربون 14 نظائر للكربون ، ومن بين هذين النظرين ، فإن الكربون 12 هو الأكثر وفرة ، وهذان النظيران الكربونيان يختلفان بشكل أساسي في عدد كتلتهما، فعدد كتلة الكربون 12 هو 12 ، والكتلة 14 الكربون 14.
2- يأتي الكربون 12 بنفس عدد البروتونات والنيوترونات ، بينما يحتوي الكربون 14 على أرقام بروتونات ونيوترونات مختلفة ، فيحتوي الكربون 12 على ستة بروتونات وستة نيوترونات ، ويحتوي الكربون 14 على 6 بروتونات وثمانية نيوترونات.
3- عند مقارنة النظائر ، فإن الكربون 14 نادر ، وشيء آخر يمكن رؤيته هو أن الكربون 12 هو نظير مستقر ، والكربون 14 هو نظير غير مستقر ، والكربون 12 مستقر لأنه يحتوي على نفس العدد من البروتونات والنيوترونات ، والكربون 14 غير مستقر بسبب الاختلاف في أعداد البروتونات والنيوترونات.
4- بما أن الكربون 14 غير مستقر ، فإنه يتفكك ، أو يمر بالتحلل الإشعاعي ، ويبلغ عمر النصف للكربون 14 5730 سنة ، لا يمر الكربون 12 من خلال الاضمحلال الإشعاعي ، كما يتحلل الكربون 14 ، ويتم استخدامه لتحديد العينات الأثرية.
5- والكربون 12 له أهميته الخاصة ، حيث يتم استخدامه كشكل قياسي لقياس الوزن الذري لجميع العناصر ، قبل عام 1959م ، وكان الأكسجين هو الشكل القياسي المستخدم ، وفي عام 1961م استبدل الكربون 12 الأكسجين ، باعتباره الشكل القياسي للقياس.
6- كما أن الكربون 14 أثقل ، بحوالي 20 في المائة من الكربون 12، ويحتوي الكربون 12 على جزء أكبر ، من الكائنات الحية عند مقارنته بالكربون 14.
7- يُنسب الفضل إلى اكتشاف الكربون 14، في عام 1940م ، لمارتن كامين وسام روبن ، ومع ذلك اقترح فرانز كوري وجود الكربون 14 في عام 1934م. [2]
نظائر الكربون والنشاط الإشعاعي
بسبب اختلاف عدد النيوترونات ، يختلف كربون -12 ، وكربون -14 من حيث النشاط الإشعاعي ، فالكربون 12 هو نظير مستقر ، من ناحية أخرى ، يخضع الكربون -14 لتدهور إشعاعي :
146C → 147N + 0-1e ، ( نصف العمر 5720 سنة).
نظائر الكربون الشائعة الأخرى
النظير الآخر الشائع للكربون هو الكربون -13، يحتوي الكربون 13 على 6 بروتونات ، تمامًا مثل نظائر الكربون الأخرى ، ولكنه يحتوي على 7 نيوترونات ، وهي ليست مشعة ، وعلى الرغم من أن 15 نظيرًا للكربون معروفة ، فإن الشكل الطبيعي للعنصر يتكون من خليط من ثلاثة منها فقط: الكربون 12 ، والكربون 13 ، والكربون 14. معظم الذرات هي كربون -12.
ويُعد قياس الفرق في النسبة بين الكربون -12 ، والكربون -14 مفيدًا في تحديد عمر المواد العضوية ، حيث إن الكائن الحي يتبادل الكربون ، ويحافظ على نسبة معينة من النظائر ، وفي الكائنات الحية المريضة ، لا يوجد تبادل للكربون ، ولكن الكربون 14 الموجود حاليًا يتحلل إشعاعيًا ، لذلك بمرور الوقت ، يصبح التغيير في نسبة النظائر أكبر وأكبر. [3]
تاريخ الكربون 14
يؤرخ الكربون -14 ، ويسمى أيضًا بمواعيد الكربون المشع ، طريقة تحديد العمر التي تعتمد على تحلل النيتروجين من الكربون المشع (الكربون 14) ، ويتكون الكربون 14 باستمرار في الطبيعة ، من خلال تفاعل النيوترونات مع النيتروجين 14 ، في الغلاف الجوي للأرض ، ويتم إنتاج النيوترونات المطلوبة ، لهذا التفاعل بواسطة الأشعة الكونية المتفاعلة مع الغلاف الجوي.
ويدخل الكربون المشع الموجود في جزيئات ثاني أكسيد الكربون ، في الغلاف الجوي دورة الكربون البيولوجية ، فيتم امتصاصه من الهواء بواسطة النباتات الخضراء ، ومن ثم ينتقل بعد ذلك إلى الحيوانات ، من خلال السلسلة الغذائية.
ويتحلل الكربون المشع ببطء في كائن حي ، ويتم تجديد الكمية المفقودة باستمرار ، طالما أن الكائن الحي يأخذ الهواء أو الطعام ، ومع ذلك فبمجرد وفاة الكائن الحي ، يتوقف عن امتصاص الكربون 14 ، بحيث تقل كمية الكربون المشع في أنسجته بشكل مطرد. [4]
ويبلغ عمر النصف للكربون 14 5،730 ± 40 عامًا ، أي أن نصف كمية النظائر المشعة الموجودة في أي وقت ، وسيخضع لتفكك عفوي خلال السنوات الـ 5،730 التالية ، ونظرًا لأن الكربون 14 يتحلل عند هذا المعدل الثابت ، يمكن إجراء تقدير للتاريخ الذي مات فيه الكائن الحي ، من خلال قياس كمية الكربون المشع المتبقي.
وقد تم تطوير طريقة الكربون 14 بواسطة الفيزيائي الأمريكي Willard F. Libby ، حوالي عام 1946م ، وقد أثبتت أنها تقنية متعددة الاستخدامات ، تعود إلى الأحافير ، والعينات الأثرية من 500 إلى 50000 سنة ، ويتم استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع ، من قبل الجيولوجيين Pleistocene ، وعلماء الأنثروبولوجيا وعلماء الآثار ، والمحققين في المجالات ذات الصلة.
رد مع اقتباس
