Carbon 14 Datarea materialului organic

În anii 1950 W.F. Libby și alții (Universitatea din Chicago) au conceput o metodă de estimare a vârstei materialului organic pe baza ratei de descompunere a carbonului-14. Întâlnirea Carbon-14 poate fi folosită pe obiecte cuprinse între câteva sute de ani și 50.000 de ani.

Ce este Carbon-14?

Carbonul 14 este produs în atmosferă când neutronii din radiația cosmică reacționează cu atomii de azot:

¹⁴₇N + ¹₀n → ¹⁴₆C + ¹₁H

Carbonul liber, inclusiv carbonul 14 produs în această reacție, poate reacționa pentru a forma dioxid de carbon, o componentă a aerului. Dioxid de carbon atmosferic, CO₂, are o concentrație în stare constantă de aproximativ un atom de carbon-14 la fiecare 10¹² atomi de carbon-12. Plantele vii și animalele care mănâncă plante (ca oamenii) iau dioxid de carbon și au același lucru ¹⁴C /¹²Raportul C ca atmosfera.

Cu toate acestea, atunci când o plantă sau un animal moare, aceasta încetează să mai ia carbonul ca aliment sau aer. Cariunea radioactivă a carbonului care este deja prezentă începe să schimbe raportul de ¹⁴C /¹²C. Măsurând cât este scăzut raportul, este posibil să se facă o estimare a cât timp a trecut de când planta sau animalul au trăit. Caliția carbonului-14 este:

¹⁴₆C → ¹⁴₇N + ⁰_-1e (timpul de înjumătățire este de 5720 de ani)

Exemplu problemă

S-a constatat că o bucată de hârtie preluată din sulurile de la Marea Moartă avea ¹⁴C /¹²Raportul C de 0,795 ori cel întâlnit la plantele care trăiesc astăzi. Estimați vârsta defilării.

Soluţie

Perioada de înjumătățire a carbonului-14 este cunoscută a fi de 5720 de ani. Cariunea radioactivă este un proces de rată de primă ordine, ceea ce înseamnă că reacția se desfășoară conform următoarei ecuații:

Buturuga₁₀ X₀/ X = kt / 2.30

unde X₀ este cantitatea de material radioactiv la momentul zero, X este cantitatea rămasă după timpul t și k este constanta de viteză de prim ordin, care este o caracteristică a izotopului supus degradării. Ratele de descompunere sunt, de obicei, exprimate în termeni de înjumătățire în locul constantei ratei de prim ordin, unde

k = 0,693 / t_1/2

deci pentru această problemă:

k = 0,693 / 5720 ani = 1,21 x 10^-4/an

jurnal X₀ / X = [(1,21 x 10)^-4/ an] x t] / 2.30

X = 0,795 X₀, deci log X₀ / X = log 1.000 / 0.795 = log 1.26 = 0.100

prin urmare, 0.100 = [(1.21 x 10)^-4/ an) x t] / 2.30

t = 1900 ani