فهم الفرق بين الكربون 12 والكربون 14
الكربون (C) هو عنصر كيميائي غير معدني ينتمي إلى المجموعة الرابعة عشر (IVa) من الجدول الدوري، وعلى الرغم من وجوده بشكل واسع في الطبيعة، إلا أنه ليس وفيرا بشكل كبير، حيث يمثل 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.
الكربون 12 والكربون 14 هما نظيران للعنصر الكربوني، والفرق بينهما هو عدد النيوترونات في كل ذرة.
الفرق بين الكربون 12 والكربون 14
يعني الرقم الذي يلي اسم الذرة عدد البروتونات والنيوترونات في الذرة أو الأيون، وذرات نظائر الكربون تحتوي على 6 بروتونات، وذرات الكربون -12 تحتوي على 6 نيوترونات، بينما ذرات الكربون -14 تحتوي على 8 نيوترونات.
عدد البروتونات والإلكترونات في الذرة المحايدة سيكون متساويا. لذلك، الكربون 12 أو الكربون 14 في الذرة المحايدة ستحتوي على 6 إلكترونات. وعلى الرغم من أن النيوترونات لا تحمل شحنة كهربائية، إلا أنها تمتلك كتلة مشابهة لكتلة البروتونات. لذا، النظائر المختلفة للكربون لها أوزان ذرية مختلفة، وعلى سبيل المثال، الكربون 12 أخف من الكربون 1.
وبناء عليه فالفرق بين الكربون 12 والكربون 14 كالتالي :
يُعد الكربون 12 والكربون 14 نظائرًا للكربون، ومن بين هذين النظيرين، يوجد الكربون 12 بشكل أكثر فرة. ويختلف هذان النظيران الكربونيان بشكل أساسي في عدد كتلتهما، فعدد كتلة الكربون 12 هو 12، بينما يبلغ العدد الكتلي للكربون 14 هو 14.
يحتوي الكربون 12 على نفس عدد البروتونات والنيوترونات، بينما يحتوي الكربون 14 على أرقام مختلفة من البروتونات والنيوترونات. يحتوي الكربون 12 على ستة بروتونات وستة نيوترونات، بينما يحتوي الكربون 14 على ستة 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.
بسبب عدم استقراره، يتحلل الكربون 14 أو يتعرض للتحلل الإشعاعي، ويبلغ عمر نصف الكربون 14 5730 سنة، بينما يبقى الكربون 12 غير مستقر، ولكنه لا يتحلل بالتحلل الإشعاعي، ويُستخدم الكربون 14 لتحديد عمر العينات الأثرية.
يتمتع الكربون 12 بأهمية خاصة حيث يستخدم كمعيار لقياس الوزن الذري لجميع العناصر قبل عام 1959، حيث كان الأكسجين هو المعيار المستخدم، وفي عام 1961 تم استبدال الأكسجين بالكربون 12 كمعيار للقياس.
يزن الكربون-14 أثقل من الكربون-12 بنسبة حوالي 20 في المائة، ويحتوي الكربون-12 على نسبة أكبر من الكائنات الحية مقارنة بالكربون-14.
يُنسب الفضل لمارتن كامين وسام روبن في اكتشاف الكربون 14 في عام 1940م، ومع ذلك، اقترح فرانز كوري وجود الكربون 14 في عام 1934م.
نظائر الكربون والنشاط الإشعاعي
يختلف كربون -12 وكربون -14 في النشاط الإشعاعي بسبب اختلاف عدد النيوترونات. فالكربون -12 هو نظير مستقر، بينما الكربون -14 يخضع للتحلل الإشعاعي
تحول 146C إلى 147N مع إطلاق جسيمة بيتا، (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.
قياس الفرق في النسبة بين الكربون-12 والكربون-14 يساعد في تحديد عمر المواد العضوية. فالكائنات الحية تتبادل الكربون وتحتفظ بنسبة معينة من النظائر. في الكائنات الحية الميتة، لا يوجد تبادل للكربون، ولكن الكربون-14 يتحلل بشكل إشعاعي. ومع مرور الوقت، يزداد التغير في نسبة النظائر بشكل أكبر وأكبر.
تاريخ الكربون 14
يعتمد تاريخ الكربون-14، المعروف أيضا باسم تقديرات الكربون المشع، على تحليل النيتروجين من الكربون المشع (الكربون-14) لتحديد العمر. يتكون الكربون-14 بشكل مستمر في الطبيعة من تفاعل النيوترونات مع النيتروجين-14 في الغلاف الجوي للأرض، وتنتج الأشعة الكونية المتفاعلة مع الغلاف الجوي النيوترونات اللازمة لهذا التفاعل.
يدخل الكربون المشع الموجود في جزيئات ثاني أكسيد الكربون في دورة الكربون الحيوية في الغلاف الجوي، حيث يتم امتصاصه من الهواء بواسطة النباتات الخضراء، ثم ينتقل من ذلك إلى الحيوانات عبر السلسلة الغذائية.
يتم تحلل الكربون المشع ببطء في الكائنات الحية، ويتم تجديد الكمية المفقودة باستمرار طالما يتناول الكائن الحي الهواء أو الطعام. ومع ذلك، يتوقف امتصاص الكربون 14 بمجرد وفاة الكائن الحي، مما يؤدي إلى تقليل كمية الكربون المشع في أنسجة الكائن الحي بشكل مستمر.
يتحلل الكربون 14 بمعدل ثابت ويصل عمر نصف حياة الكربون 14 إلى 5،730 ± 40 عاما، مما يعني أن نصف كمية النظائر المشعة الموجودة في أي وقت ستتحلل خلال السنوات الـ 5،730 التالية. يمكن تقدير تاريخ وفاة الكائن الحي من خلال قياس كمية الكربون المشع المتبقي.
تم تطوير تقنية الكربون 14 عام 1946م من قبل الفيزيائي الأمريكي ويلارد إف. ليبي، وقد ثبتت أنها تقنية متعددة الاستخدامات تستخدم في فحص الأحافير والعينات الأثرية التي ترجع لمدة تتراوح بين 500 إلى 50000 سنة، وتستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع من قبل الجيولوجيين Pleistocene وعلماء الأنثروبولوجيا وعلماء الآثار والمحققين في المجالات ذات الصلة.