O núcleo de cada átomo elementar contém prótons, nêutrons e elétrons. Embora cada elemento normalmente tenha um número igual de prótons e elétrons, o número de nêutrons pode variar. Quando os átomos de um único elemento como o carbono têm diferentes números de nêutrons e, portanto, diferentes massas atômicas, eles são chamados de “isótopos”. Como muitos outros elementos, o carbono tem um isótopo muito comum e vários outros que são bastante cru.
Carbon-12
O isótopo de carbono mais comum é o carbono-12. Seu nome significa que seu núcleo contém seis prótons e seis nêutrons, para um total de 12. Na Terra, o carbono-12 é responsável por quase 99% do carbono que ocorre naturalmente. Os cientistas usam unidades de massa atômica, ou amu, para medir a massa dos elementos. O carbono-12 tem uma amu de exatamente 12.000. Este número é o padrão de referência para medir a massa atômica de todos os outros isótopos.
Outros Isótopos
Os outros dois isótopos de carbono de ocorrência natural são o carbono-13, que compreende aproximadamente 1 por cento de todos os isótopos de carbono, e carbono-14, que é responsável por cerca de dois trilionésimos de ocorrência natural carbono. O "13" no carbono-13 indica que o núcleo do isótopo contém sete nêutrons em vez de seis. O carbono-14, é claro, contém oito nêutrons. Os cientistas também criaram isótopos de carbono artificiais que variam do carbono-8 ao carbono-22, mas os usos práticos desses isótopos instáveis são limitados.
Carbon-13
Os organismos vivos mostram preferência pelo carbono-12 em relação ao carbono-13 e, portanto, absorvem níveis desproporcionalmente altos de carbono-12. Assim, os cientistas podem estudar a proporção de carbono-13 para carbono-12 em núcleos de gelo e anéis de árvores para estimar as concentrações anteriores de dióxido de carbono atmosférico. Da mesma forma, os climatologistas podem rastrear essa proporção na água do mar para estudar as taxas de absorção de dióxido de carbono pelo oceano.
Carbon-14
Ao contrário do carbono-12 e do carbono-13, o carbono-14 é radioativo. Com o tempo, os isótopos radioativos decaem e liberam uma certa quantidade de radiação. Todo organismo vivo absorve dióxido de carbono, que inclui uma pequena quantidade de carbono-14. Depois que o organismo morre, o carbono-14 em seu corpo decai gradualmente. Como os cientistas sabem a taxa de decomposição do carbono-14, eles podem examinar os níveis de carbono-14 em organismos antigos para estimar quando eles viveram. Essa técnica é chamada de datação por carbono.