Ποιο είναι το πιο κοινό ισότοπο του άνθρακα;

Ο πυρήνας κάθε στοιχειακού ατόμου περιέχει πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Αν και κάθε στοιχείο έχει κανονικά ίσο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων, ο αριθμός των νετρονίων μπορεί να ποικίλει. Όταν άτομα ενός μεμονωμένου στοιχείου όπως ο άνθρακας έχουν διαφορετικούς αριθμούς νετρονίων, και επομένως διαφορετικές ατομικές μάζες, αυτά ονομάζονται «ισότοπα». Όπως πολλά άλλα στοιχεία, ο άνθρακας έχει ένα πολύ κοινό ισότοπο και πολλά άλλα που είναι αρκετά σπάνιος.

Το πιο κοινό ισότοπο άνθρακα είναι ο άνθρακας-12. Το όνομά του σημαίνει ότι ο πυρήνας του περιέχει έξι πρωτόνια και έξι νετρόνια, συνολικά 12. Στη Γη, ο άνθρακας-12 αντιπροσωπεύει σχεδόν το 99 τοις εκατό του φυσικού άνθρακα. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μονάδες ατομικής μάζας, ή amu, για τη μέτρηση της μάζας των στοιχείων. Το Carbon-12 έχει μια ποσότητα 12.000. Αυτός ο αριθμός είναι το πρότυπο αναφοράς για τη μέτρηση της ατομικής μάζας όλων των άλλων ισοτόπων.

Τα άλλα δύο φυσικά ισότοπα άνθρακα είναι άνθρακα-13, το οποίο περιλαμβάνει περίπου 1 τοις εκατό όλων των ισοτόπων άνθρακα, και του άνθρακα-14, που αντιπροσωπεύει περίπου τα δύο τρισεκατομμύρια των φυσικών απαντώμενων άνθρακας. Το "13" στον άνθρακα-13 δείχνει ότι ο πυρήνας του ισότοπου περιέχει επτά νετρόνια αντί για έξι. Ο άνθρακας-14, φυσικά, περιέχει οκτώ νετρόνια. Οι επιστήμονες έχουν επίσης δημιουργήσει τεχνητά ισότοπα άνθρακα που κυμαίνονται από άνθρακα-8 έως άνθρακα-22, αλλά οι πρακτικές χρήσεις αυτών των ασταθών ισοτόπων είναι περιορισμένες.

Οι ζωντανοί οργανισμοί δείχνουν προτίμηση για τον άνθρακα-12 έναντι του άνθρακα-13, και ως εκ τούτου απορροφούν δυσανάλογα υψηλά επίπεδα άνθρακα-12. Έτσι, οι επιστήμονες μπορούν να μελετήσουν την αναλογία άνθρακα-13 προς άνθρακα-12 σε πυρήνες πάγου και δακτυλίους δέντρων για να εκτιμήσουν τις προηγούμενες συγκεντρώσεις του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα. Ομοίως, οι κλιματολόγοι μπορούν να παρακολουθήσουν αυτήν την αναλογία στο θαλασσινό νερό για να μελετήσουν τα ποσοστά απορρόφησης του διοξειδίου του άνθρακα στον ωκεανό.

Σε αντίθεση με τον άνθρακα-12 και τον άνθρακα-13, ο άνθρακας-14 είναι ραδιενεργός. Με την πάροδο του χρόνου, τα ραδιενεργά ισότοπα αποσυντίθενται και απελευθερώνουν μια ορισμένη ποσότητα ακτινοβολίας. Κάθε ζωντανός οργανισμός λαμβάνει διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο περιλαμβάνει μια μικρή ποσότητα άνθρακα-14. Αφού πεθάνει ο οργανισμός, ο άνθρακας-14 στο σώμα του αποσυντίθεται σταδιακά. Επειδή οι επιστήμονες γνωρίζουν το ρυθμό με τον οποίο αποσυντίθεται ο άνθρακας-14, μπορούν να εξετάσουν τα επίπεδα του άνθρακα-14 στους αρχαίους οργανισμούς για να εκτιμήσουν πότε ζούσαν. Αυτή η τεχνική ονομάζεται χρονολόγηση άνθρακα.