کربن 12 در برابر کربن 14: تفاوت‌ها و کاربردها

تفاوت کربن 12 و کربن 14 چیست؟

کربن 12 و کربن 14 دو ایزوتوپ از عنصر کربن هستند. تفاوت اصلی بین این دو ایزوتوپ در تعداد نوترون‌های موجود در هسته اتم‌هایشان است. هر دو ایزوتوپ، کربن 12 و کربن 14، دارای 6 پروتون هستند، اما تفاوت در تعداد نوترون‌ها باعث تفاوت در جرم اتمی آن‌ها می‌شود.

تعداد پروتون، نوترون و الکترون در کربن 12 و 14

عدد بعد از نام اتم (مثل کربن 12) نشان‌دهنده مجموع تعداد پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم یا یون است. اتم‌های کربن 12 دارای 6 پروتون و 6 نوترون هستند، در حالی که اتم‌های کربن 14 دارای 6 پروتون و 8 نوترون هستند. از آنجایی که اتم خنثی تعداد پروتون‌ها و الکترون‌های برابری دارد، اتم‌های خنثی کربن 12 و کربن 14 هر دو 6 الکترون دارند.

جرم اتمی ایزوتوپ‌های کربن

اگرچه نوترون‌ها بار الکتریکی ندارند، اما جرمی قابل مقایسه با جرم پروتون‌ها دارند. بنابراین، ایزوتوپ‌های مختلف یک عنصر، جرم اتمی متفاوتی دارند. کربن 12 به دلیل داشتن نوترون کمتر، از کربن 14 سبک‌تر است. این تفاوت در جرم اتمی، خواص فیزیکی و شیمیایی این دو ایزوتوپ کربن را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

ایزوتوپ‌های کربن و رادیواکتیویته

به دلیل تفاوت در تعداد نوترون‌ها، کربن 12 و کربن 14 از نظر رادیواکتیویته با یکدیگر متفاوت هستند. کربن 12 یک ایزوتوپ پایدار است، در حالی که کربن 14 دچار واپاشی رادیواکتیو می‌شود.

واپاشی رادیواکتیو کربن 14 به صورت زیر انجام می‌شود (نیمه‌عمر 5720 سال):

146C → 147N + 0-1e

این معادله نشان می‌دهد که کربن 14 به نیتروژن 14 تبدیل می‌شود و یک ذره بتا (الکترون) از خود ساطع می‌کند. نیمه‌عمر 5720 سال به این معناست که هر 5720 سال، نیمی از مقدار اولیه کربن 14 موجود در یک نمونه، واپاشی می‌شود. این ویژگی کربن 14 برای تاریخ‌گذاری رادیوکربن در باستان‌شناسی و زمین‌شناسی بسیار ارزشمند است.

سایر ایزوتوپ‌های رایج کربن

یکی دیگر از ایزوتوپ‌های رایج کربن، کربن-13 است. کربن-13 نیز مانند سایر ایزوتوپ‌های کربن دارای 6 پروتون است، اما 7 نوترون دارد. برخلاف کربن-14، کربن-13 رادیواکتیو نیست و پایدار است.

اگرچه تاکنون 15 ایزوتوپ مختلف کربن شناسایی شده‌اند، اما شکل طبیعی عنصر کربن معمولاً شامل ترکیبی از سه ایزوتوپ کربن-12، کربن-13 و کربن-14 است. بیشتر اتم‌های کربن موجود در طبیعت از نوع کربن-12 هستند.

کاربرد ایزوتوپ‌ها در تعیین سن مواد آلی

اندازه‌گیری تفاوت در نسبت بین کربن-12 و کربن-14 برای تعیین سن مواد آلی بسیار مفید است. موجودات زنده در طول حیات خود با تبادل کربن با محیط، نسبت معینی از این ایزوتوپ‌ها را حفظ می‌کنند. اما پس از مرگ موجود زنده، این تبادل متوقف می‌شود و کربن-14 موجود در بدن موجود زنده، دچار واپاشی رادیواکتیو می‌شود. در نتیجه، با گذشت زمان، تغییر در نسبت ایزوتوپ‌ها بیشتر و بیشتر می‌شود. این تغییرات به دانشمندان کمک می‌کند تا سن بقایای باستانی و دیگر مواد آلی را تخمین بزنند.