Carbonio-14: Isotopo del carbonio
Il carbonio-14 (14C) o radiocarbonio è un isotopo radioattivo del carbonio avente 6 protoni e 8 neutroni.
Fu scoperto il 27 febbraio 1940 da Martin Kamen e Sam Ruben al laboratorio radiologico dell'Università della California di Berkeley, ma la sua esistenza era già stata ipotizzata da Franz Kurie nel 1934.
| Carbonio-14 | |
|---|---|
| Generalità | |
| Simbolo | 14C |
| Protoni | 6 |
| Neutroni | 8 |
| Peso atomico | 14,0032419887 |
| Abbondanza isotopica | <10−12% |
| Proprietà fisiche | |
| Spin | 0 |
| Emivita | 5 730 anni |
| Decadimento | β− |
| Prodotto di decadimento | 14N |
| Energia di legame | 7,520319 MeV |
| Energia in eccesso | 3,01989305 MeV |
Presenza in natura
I tre isotopi del carbonio naturalmente presenti sulla Terra sono: 12C (99%), 13C (<1%) e in tracce il 14C. Il carbonio-14 è presente in natura con un'abbondanza relativa di 1 parte su mille miliardi di tutto il carbonio presente sulla Terra, a causa di un tempo di dimezzamento di soli 5730 anni. La principale fonte di carbonio-14 sulla Terra è la reazione tra i raggi cosmici e l'azoto gassoso presente nell'atmosfera (nella troposfera e nella stratosfera): l'assorbimento di neutroni termici da parte dell'azoto forma un atomo di carbonio-14:
La produzione maggiore di carbonio-14 avviene ad una quota tra i 9 e i 15 km e ad alte latitudini geomagnetiche. Il carbonio-14 così prodotto reagisce con l'ossigeno per dare anidride carbonica 14CO2, che viene riutilizzata dalle piante durante la fotosintesi clorofilliana. In questo modo il carbonio-14 si trasferisce nei composti organici e, attraverso la rete alimentare, è presente ovunque secondo un preciso rapporto (abbondanza isotopica). Essa penetra anche negli oceani, sciogliendosi nell'acqua.
Il carbonio-14 è anche prodotto nel ghiaccio da neutroni che causano reazioni di spallazione nucleare nell'ossigeno.
Il carbonio-14 può inoltre essere prodotto dai fulmini ma in quantità trascurabili in confronto ai raggi cosmici.
Occasionalmente possono verificarsi dei picchi. Per esempio, vi è la prova di un aumento insolitamente alto del tasso di produzione nel periodo compreso tra il 774 e il 775 d.C., causato probabilmente da un evento estremo, rappresentato dal brillamento solare più forte degli ultimi dieci millenni.
Usi
Grazie alla sua lunga emivita rispetto alla vita degli organismi viventi, il carbonio-14 rimane integrato in ogni sistema organico vivente. Dopo la morte, l'organismo smette di assumere carbonio-14. La quantità dell'isotopo presente nell'organismo nell'istante della sua morte andrà via via affievolendosi negli anni a causa del decadimento radioattivo.
Questo principio è sfruttato nella datazione radiometrica di campioni organici, tecnica con la quale si misura la quantità residua di carbonio-14 presente in un reperto archeologico organico (come un fossile o una struttura in legno): conoscendo la curva di decadimento e la quantità iniziale di carbonio-14 presente nel reperto quando la sua struttura organica era ancora vitale (ovvero un istante prima di morire), si può facilmente stabilire quanti anni sono trascorsi dalla morte dell'organismo. In generale, è possibile radiodatare solo reperti risalenti fino a 40 000-60 000 anni fa.
La maggior parte dei prodotti chimici prodotti dall'uomo sono ottenuti a partire da combustibili fossili come il petrolio o il carbone, dove il carbonio-14 è decaduto. La presenza di tracce isotopiche di carbonio-14 in un campione di materiale carbonaceo indica quindi una possibile origine biogenica.
Formazione durante test nucleari
I test nucleari superficiali che vennero eseguiti in molti paesi tra il 1945 e il 1980 hanno drammaticamente aumentato la quantità di carbonio-14 nell'atmosfera e quindi anche nella biosfera. Da quando i test sono stati sospesi la concentrazione dell'isotopo ha cominciato a diminuire. Infatti la concentrazione di carbonio-14 in atmosfera corrisponde attualmente ad un'attività di 238 Bq/Kg[13] (prima dei test nucleari avvenuti a partire dal 1950 corrispondeva a 226 Bq/Kg[13])
Decadimento e radioattività
Il carbonio-14 ha un'attività specifica (definita come il rapporto tra l’attività, A (Bq), di una sostanza radioattiva contenente un radionuclide e la massa in grammi quel radionuclide presente nella sostanza) di 1,66.1011 Bq/g.
Il carbonio-14 subisce un decadimento beta- e decade quindi per emissione di un elettrone dando origine al nucleo figlio di azoto-14:
2: Decadimento del carbonio-14
3: L'equazione con l'uguale è per gli organismi viventi, mentre quella con il diverso è a ciclo vitale terminato, nel quale il 14C decade (Vedi 2).
Note
Bibliografia
- (EN) Martin D. Kamen, Early History of Carbon-14: Discovery of this supremely important tracer was expected in the physical sense but not in the chemical sense, in Science, vol. 140, n. 3567, 1963, DOI:10.1126/science.140.3567.584.
Voci correlate
Altri progetti
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Collegamenti esterni
- (EN) Wolfram Alpha LLC, Carbon-14 - WolframAlpha Computational Knowledge Engine, su wolframalpha.com. URL consultato il 24 giugno 2011.
- (EN) National Ocean Sciences Accelerator Mass Spectrometry Facility, What is carbon dating?, su nosams.whoi.edu. URL consultato l'11 giugno 2007 (archiviato dall'url originale il 5 luglio 2007).
- P. Bosco, A. Giovannini, G. Plancher, M. Vulcan, Atomi, isotopi, datazioni radiometriche, su ips.it. URL consultato il 24 giugno 2011.
- (EN) University of Utrecht, Radiocarbon dating, su www1.phys.uu.nl. URL consultato il 19 febbraio 2008.
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