Koolstof-14

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Spring na: navigasie, soek

Koolstof-14 word gebruik om organiese materiaal se ouderdom te bepaal. Dit is seker die bekendste metode om ouderdom te bepaal.

Om te verduidelik wat koolstof-14 is, net eers ‘n agtergrond oor atome:

Alle materie bestaan uit atome. Atome het 'n kern in die middel waarom elektrone (negatief-gelaaide deeltjies) draai. 'n Atoom se kern bestaan uit protone (positiefgelaaide deeltjies) en neutrone (neutraal gelaai). Die atoomgetal van ‘n atoom dui op die aantal protone van ‘n atoom. Protone en neutrone word nukleone genoem. 'n Atoom met ‘n neutrale lading het ewe veel protone(+) en elektrone(-). Verskillende elemente bevat verskillende hoeveelhede protone (en elektrone), bv: Waterstof het 1 proton, koolstof het 6 protone, suurstof het 8, goud het 79 (kyk Periodieke tabel). Vir meer inligting oor atome, kyk die definisies hieronder:

Definisies:[wysig]

  • Atoomgetal: Die aantal protone (en daarom elektrone) van ‘n atoom.
  • Protone: Die positief-gelaaide deeltjies in ‘n atoom. Dit kom in die middel van die atoom voor, in die atoomkern of atoomnukleus. Die aantal protone in die kern bepaal die chemiese eienskappe van 'n atoom asook watter chemiese element dit is: bv Waterstof het 1 proton, koolstof het 6 protone, suurstof het 8, yster het 26 en goud het 79 (kyk Periodieke tabel)
  • Elektrone: Die negatief-gelaaide deeltjies wat om die kern van die atoom beweeg. ‘n Atoom met ‘n neutrale lading het dieselfde hoeveelheid protone en elektrone.
  • Ioon: 'n Atoom met 'n lading (verskillende hoeveelheid protone as neutrone). 'n Atoom met 'n negatiewe lading (het 'n elektron te veel), word 'n anioon genoem (omdat dit tot anodes aangetrokke is). 'n Atoom met 'n positiewe lading (het 'n elektron verloor), word 'n katioon genoem (omdat dit tot katodes aangetrokke is).
  • Neutrone: Is saam met die protone in die middel van die atoom. Neutrone het nie ‘n positiewe of negatiewe lading nie en hulle doel is om te verseker dat die positiefgelaaide protone mekaar nie wegstoot nie en daarom in die middel van die atoom bly. Gewoonlik is daar ongeveer dieselfde hoeveelheid protone as neutrone. Waterstof (H), met atoomgetal een (het slegs een proton), bevat gewoonlik nie neutrone nie. Dit is omdat daar nie verskillende protone is wat mekaar kan afstoot nie.
  • Atoomkern/nukleus: Bestaan uit die nukleone (protone en neutrone) en is in die middel van die atoom.
  • Nukleone: Die atoomkern, of atoomnukleus, bestaan uit nukleone. Dus word protone en neutrone ook nukleone genoem.
  • Atoommassa: Dit is die massa van een atoom. Hoe meer protone en neutrone daar is, hoe swaarder is die atoom.
  • Isotoop: Isotope is atome van dieselfde atoomgetal (aantal protone), maar met verskillende aantal neutrone. Bv koolstof, met 6 protone, kan 6, 7 of 8 neutrone bevat. Die isotoop word aangedui met ‘n boskrif, bv die koolstofisotoop wat die mees algemeenste voorkom is koolstof-12. Dit bevat 12 nukleune (6 protone + 6 neutrone) en word aangedui deur 12C. Indien koolstof 7 neutrone bevat, word dit 13C aangedui. Die aantal protone word soms aangedui as ‘n voetskrif. Die volgende is voorbeelde:
    • Koolstof-14: 146C of slegs 14C (14 nukleone, 6 protone en 14-6=8 neutrone)
    • Yster-56: 5626Fe of slegs 56Fe (56 nukleone, 26 protone en 56-26=30 neutrone)
    • Neutron: 10n (1 nukleon, 0 protone en 1 neutron)
    • Proton: 11p (1 nukleon, 1 proton en 0 neutrone)

Terug by koolstof-14: Koolstof het 6 protone en daar is drie isotope van koolstof wat natuurlik op aarde voorkom: 99% van die koolstof op aarde is koolstof-12 (6 neutrone), 1% is koolstof-13 (7 neutrone), en koolstof-14 (6 neutrone) wat in spoorhoeveelhede (baie klein hoeveelhede) voorkom.

Koolstof-14 word gevorm wanneer kosmiese strale in the boonste atmosfeer, neutrone uit die nukleus van 'n atoom uitslaan. Hierdie uitgeslaande neutrone beweeg teen 'n baie vinnige spoed en bots teen gewone stikstof (14N) wat op 'n laer hoogte in die atmosfeer voorkom. Wanneer hierdie neutrone van die protone van die stikstof uitslaan, lei dit tot die vorming van koolstof-14:

\mathrm{^{14}_{7}N\ + \ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow\ ^{14}_{6}C\ +\ ^{1}_{1}p} (‘n neutron verplaas ‘n proton)

In teenstelling met gewone koolstof-12 (12C), is koolstof-14 (14C) onstabiel (radio-aktief) en daarom begin dit stadig met die proses van radioaktiewe verval. Hierdeur verander dit weer stadig terug na stikstof (14N) en stel energie vry in die proses deur die volgende reaksie:

\mathrm{^{14}_{6}C\ \longrightarrow\ ^{14}_{7}N\ +\ e^-\ +\ \bar{\nu}_e}

Die halfleeftyd van 14C is ~5730 jaar. Dus die hoeveelheid 14C halveer elke 5730 jaar. Die volgende formule word gebruik vir halfleeftyd:

X = X_0\left ( \frac{1}{2} \right )^\frac{t}{HL}

Waar:[1]

  • X: Konsentrasie na tyd t
  • X0: Konsentrasie aan die begin by tyd t=0
  • t: Tyd in jare
  • HL: Halfleeftyd – dit tyd wat dit neem sodat die konsentrasie halveer.

Dus, as t = HL, dan is X = X0/2, die helfte van die oorspronklike konsentrasie.

Die volgende tabel demonstreer hoe die verval werk:

Aantal halfleeftye 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Aantal jaar (t) 0 5730 11460 17190 22920 28650 34380 40110 45840 51570 57300
Fraksie oor (X/X0) 1 0.5 0.25 0.125 0.0625 0.03125 0.015625 0.007813 0.003906 0.001953 0.000977
Fraksie oor (X/X0) 1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128 1/256 1/512 1/1024

Dus, na 10 halfleeftye (in koolstof-14 se geval is dit 57 300 jaar), is die konsentrasie minder as ‘n duisendste van die oorspronklike konsentrasie.

Die hoeveelheid koolstof-14 in lewende dinge word bepaal deur die hoeveelheid koolstof-14 in die atmosfeer. Dit is een van die probleme met radiometriese dateringsmetodes, want niemand weet presies wat die aanvangs konsentrasie van koolstof-14 in die atmosfeer was toe die lewende organisme gesterf het nie.

‘n Ander baie interessante ding oor koolstof-14 is dat omdat sy halfleeftyd relatief kort is[2], verminder die koolstof-14 relatief vinnig tot baie klein konsentrasies wat ‘n mens nie kan meet nie. Met vandag se beste meetinstrumente kan ons met die koolstof-14-metode slegs onderdomme jonger as 250 000 bepaal. Daar word egter vandag koolstof-14 in diamante en dinosourusbene gevind (kyk Diamonds: a creationist’s best friend en Radiocarbon in dino bones). Volgens die koolstof-14 metode, is die hele geologiese kolom minder as 250 000 jaar oud.

Voetnotas:[wysig]

  1. Om die ouderdom van iets te bepaal, moet die hoeveelheid koolstof-14 bekend wees en die aanvangs hoeveelheid koolstof-14 (by tyd t=0) aangeneem word en moet die boonste forumule soos volg herrangskik word:
    X = X0(1/2)t/HL
    X/X0 = (1/2)t/HL
    log(X/X0) = log(1/2)t/HL
    log(X/X0) = (t/HL)log(1/2) (kyk Logaritme)
    t/HL = log(X/X0)/log(1/2)
  2. Die volgende is ‘n lys van tipiese halfleeftye
    • koolstof-14 (14C) wat na stikstof-14 (14N) verval met ’n halfleeftyd van 5 730 jaar
    • kalium-40 (40K) wat na argon-40 (40Ar) verval met ’n halfleeftyd van 1.31 miljard jaar
    • uraan-238 (238U) wat na lood-206 (206Pb) verval met ’n halfleeftyd van 4.47 miljard jaar
    • rubidium-87 (87Rb) wat na stronsium-87 (87Sr) verval met ’n half-leeftyd van 49 miljard jaar

Ander bronne[wysig]