Karbon



All kunnskapen som mennesket har samlet i århundrer om Karbon er nå tilgjengelig på internett, og vi har samlet og bestilt den for deg på en mest mulig tilgjengelig måte. Vi vil at du skal kunne få tilgang til alt relatert til Karbon som du vil vite raskt og effektivt; at opplevelsen din er hyggelig og at du føler at du virkelig har funnet informasjonen om Karbon som du lette etter.

For å nå våre mål har vi gjort en innsats for ikke bare å få den mest oppdaterte, forståelige og sannferdige informasjonen om Karbon, men vi har også passet på at utformingen, lesbarheten, lastehastigheten og brukervennligheten til siden være så hyggelig som mulig, slik at du på denne måten kan fokusere på det essensielle, kjenne til all data og informasjon som er tilgjengelig om Karbon, uten å måtte bekymre deg for noe annet, vi har allerede tatt hånd om det for deg. Vi håper vi har oppnådd vårt formål og at du har funnet informasjonen du ønsket om Karbon. Så vi ønsker deg velkommen og oppfordrer deg til å fortsette å nyte opplevelsen av å bruke scientiano.com.

Karbon-14,  14 C
Generell
Symbol 14 C
Navn karbon-14, C-14, radiokarbon
Protoner 6
Nøytroner 8
Nukliddata
Naturlig overflod 1 del per billion
Halvt liv 5730 ± 40 år
Isotopmasse 14.0032420 u
Snurre rundt 0+
Forfallsmoduser
Forfallsmodus Forfallsenergi ( MeV )
Beta 0,156476
Isotoper av karbon
Komplett tabell over nuklider

Karbon-14 ( 14 C), eller radiokarbon , er en radioaktiv isotop av karbon med en atomkjerne som inneholder 6 protoner og 8 nøytroner . Dens tilstedeværelse i organiske materialer er grunnlaget for radiokarbondateringsmetoden som Willard Libby og kolleger (1949) har utviklet til dags dato arkeologiske, geologiske og hydrogeologiske prøver. Carbon-14 ble oppdaget 27. februar 1940 av Martin Kamen og Sam Ruben ved University of California Radiation Laboratory i Berkeley, California . Dens eksistens hadde blitt foreslått av Franz Kurie i 1934.

Det er tre naturlig forekommende isotoper av karbon på jorden: karbon-12 , som utgjør 99% av alt karbon på jorden; karbon-13 , som utgjør 1%; og karbon-14, som forekommer i spormengder, og utgjør omtrent 1 eller 1,5 atomer per 10 12 atomer karbon i atmosfæren. Karbon-12 og karbon-13 er begge stabile, mens karbon-14 er ustabile og har en halveringstid på 5 730 ± 40 år. Karbon-14 forfaller til nitrogen-14 gjennom beta-forfall . Et gram karbon som inneholder 1 atom karbon-14 per 10 12 atomer vil avgi ~ 0,2 beta-partikler per sekund. Den primære naturlige kilden til karbon-14 på jorden er kosmisk strålevirkning på nitrogen i atmosfæren, og det er derfor et kosmogent nuklid . Imidlertid bidro kjernefysiske tester i friluft mellom 1955 og 1980 til dette bassenget.

De forskjellige isotoper av karbon skiller seg ikke nevneverdig ut i sine kjemiske egenskaper. Denne likheten brukes i kjemisk og biologisk forskning, i en teknikk som kalles karbonmerking : karbon-14 atomer kan brukes til å erstatte ikke-radioaktivt karbon for å spore kjemiske og biokjemiske reaksjoner som involverer karbonatomer fra en gitt organisk forbindelse.

Radioaktivt forfall og deteksjon

Karbon-14 går gjennom radioaktivt beta-forfall :

14
6
C
14
7
N
+
e-
+
v
e
+ 156,5 keV

Ved å avgi et elektron og et elektron antineutrino , henfaller et av nøytronene i karbon-14-atomet til et proton, og karbon-14 ( halveringstid på 5700 ± 40 år) forfaller til det stabile (ikke-radioaktive) isotopen nitrogen- 14 .

Som vanlig med beta -forfall, bæres nesten all forfallsenergi bort av beta -partikkelen og nøytrinoen. De utsendte betapartiklene har en maksimal energi på omtrent 156 keV, mens den veide gjennomsnittlige energien er 49 keV. Dette er relativt lave energier; maksimal tilbakelagt distanse er beregnet til 22 cm i luft og 0,27 mm i kroppsvev. Brøkdelen av strålingen som sendes gjennom det døde hudlaget er estimert til å være 0,11. Små mengder karbon-14 oppdages ikke lett av typiske Geiger Müller (GM) detektorer ; det anslås at GM -detektorer normalt ikke vil oppdage forurensning på mindre enn omtrent 100 000 oppløsninger per minutt (0,05 µCi). Telling av væskescintillasjon er den foretrukne metoden. GM -tellingseffektiviteten er estimert til å være 3%. Halvdistanselaget i vann er 0,05 mm.

Dating dating

Radiokarbondatering er en radiometrisk dateringsmetode som bruker ( 14 C) for å bestemme alderen på karbonholdige materialer opp til omtrent 60 000 år gammel. Teknikken ble utviklet av Willard Libby og hans kolleger i 1949 i løpet av hans periode som professor ved University of Chicago . Libby estimerte at radioaktiviteten til utskiftbart karbon-14 ville være omtrent 14 oppløsninger per minutt (dpm) per gram rent karbon, og dette brukes fortsatt som aktiviteten til den moderne radiokarbonstandarden . I 1960 ble Libby tildelt Nobelprisen i kjemi for dette arbeidet.

En av de hyppige bruksområdene til teknikken er å datere organiske levninger fra arkeologiske steder. Planter fikser atmosfærisk karbon under fotosyntesen, så nivået på 14 C i planter og dyr når de dør omtrent tilsvarer nivået av 14 C i atmosfæren på den tiden. Imidlertid reduseres den deretter fra radioaktivt forfall, slik at dato for død eller fiksering kan estimeres. Det opprinnelige 14 C-nivået for beregningen kan enten estimeres, eller direkte sammenlignes med kjente år-til-år-data fra treringdata ( dendrokronologi ) for opptil 10 000 år siden (ved å bruke overlappende data fra levende og døde trær i et gitt område), eller annet fra grotteforekomster ( speleothems ), tilbake til omtrent 45 000 år før nåtiden. En beregning eller (mer nøyaktig) en direkte sammenligning av karbon-14-nivåer i en prøve, med trering eller karbon-14-nivåer i en huldeponering av en kjent alder, gir deretter tre- eller dyreprøven alder siden formasjonen. Radiokarbon brukes også til å oppdage forstyrrelser i naturlige økosystemer; for eksempel i torvlandskap kan radiokarbon indikere at karbon som tidligere var lagret i organisk jord frigjøres på grunn av landsklaring eller klimaendringer.

Opprinnelse

Naturlig produksjon i atmosfæren

Karbon-14 produseres i de øvre lagene i troposfæren og stratosfæren av termiske nøytroner absorbert av nitrogenatomer . Når kosmiske stråler kommer inn i atmosfæren, gjennomgår de forskjellige transformasjoner, inkludert produksjon av nøytroner . De resulterende nøytronene ( 1 n) deltar i følgende np -reaksjon:

n + 14
7
N
14
6
C
+ s

Den høyeste hastigheten på karbon-14-produksjon finner sted i høyder på 9 til 15 km (30 000 til 49 000 fot) og på høye geomagnetiske breddegrader.

Hastigheten på 14 C produksjon kan modelleres, og gir verdier på 16 400 eller 18 800 atomer på 14 C per sekund per kvadratmeter av jordens overflate, noe som stemmer overens med det globale karbonbudsjettet som kan brukes til å spore tilbake, men prøver å måle produksjonen tid direkte in situ var ikke veldig vellykket. Produksjonshastigheten varierer på grunn av endringer i den kosmiske strålefluksen forårsaket av heliosfærisk modulasjon (solvind og solmagnetisk felt), og av stor betydning på grunn av variasjoner i jordens magnetfelt . Endringer i karbonsyklusen kan imidlertid gjøre slike effekter vanskelige å isolere og kvantifisere. Noen ganger kan det oppstå pigger; for eksempel er det bevis for en uvanlig høy produksjonshastighet i AD 774775 , forårsaket av en ekstrem solenergisk partikkelhendelse, sterkest de siste ti årtusener. En annen "usedvanlig stor" 14 C -økning (2%) har vært assosiert med en hendelse i 5480 f.Kr., som neppe er en solenergisk partikkelhendelse.

Karbon-14 kan også bli produsert av lyn, men i mengder ubetydelig, globalt, sammenlignet med kosmisk stråleproduksjon. Lokale effekter av utslipp fra skyen bakken gjennom prøverester er uklare, men muligens signifikante.

Andre karbon-14 kilder

Karbon-14 kan også produseres ved andre nøytronreaksjoner, inkludert spesielt 13 C (n, ) 14 C og 17 O (n, ) 14 C med termiske nøytroner , og 15 N (n, d) 14 C og 16 O (n, 3 He) 14 C med raske nøytroner . De mest bemerkelsesverdige rutene for 14 C -produksjon ved termisk nøytronbestråling av mål (f.eks. I en atomreaktor) er oppsummert i tabellen.

Karbon-14 kan også være radiogent ( klyngeforfall223 Ra, 224 Ra, 226 Ra). Denne opprinnelsen er imidlertid ekstremt sjelden.

14 C produksjonsruter
Foreldre isotop Naturlig overflod, % Tverrsnitt for termisk nøytronfangst , b Reaksjon
14 N 99.634 1.81 14 N (n, p) 14 C
13 C 1.103 0,0009 13 C (n, ) 14 C
17 O 0,0383 0,235 17 O (n, ) 14 C

Dannelse under atomprøver

Atmosfærisk 14 C, New Zealand og Østerrike . New Zealand -kurven er representativ for den sørlige halvkule, den østerrikske kurven er representativ for den nordlige halvkule. Atmosfæriske atomvåpenforsøk doblet nesten konsentrasjonen av 14 C på den nordlige halvkule. Den merkede PTBT -etiketten er representativ for Partial Nuclear Test Ban Ban Treaty .

Over bakken kjerneprøver som ble utført i flere land mellom 1955 og 1980 (se atomprøve liste) dramatisk økt mengden av karbon-14 i atmosfæren og deretter i biosfæren; etter at testene ble avsluttet, begynte atmosfærisk konsentrasjon av isotopen å falle, ettersom radioaktivt CO 2 ble fikset i plante- og dyrevev og oppløst i havene.

En bivirkning av endringen i atmosfærisk karbon-14 er at dette har muliggjort noen alternativer (f.eks. Bombepulsdatering ) for å bestemme fødselsår for en person, spesielt mengden karbon-14 i tannemaljen , eller karbon-14-konsentrasjonen i øyelinsen.

I 2019 rapporterte Scientific American at karbon-14 fra kjernefysiske bombetesting har blitt funnet i kroppene til akvatiske dyr som finnes i en av de mest utilgjengelige områdene på jorden, Mariana Trench i Stillehavet.

Utslipp fra atomkraftverk

Karbon-14 produseres i kjølevæske ved kokende vannreaktorer (BWR) og trykkvannsreaktorer (PWR). Det frigjøres vanligvis til atmosfæren i form av karbondioksid ved BWR, og metan ved PWR. Beste praksis for administrasjon av atomkraftverk for atomkraftverk inkluderer frigjøring av det om natten, når anlegg ikke fotosyntetiserer . Karbon-14 genereres også inne i kjernebrensel (noen på grunn av transmutasjon av oksygen i uranoksydet, men mest vesentlig fra transmutasjon av nitrogen-14 urenheter), og hvis det brukte drivstoffet sendes til kjernefysisk bearbeiding, frigjøres karbon-14 , for eksempel som CO 2 under PUREX .

Hendelse

Spredning i miljøet

Etter produksjon i den øvre atmosfæren reagerer karbon-14 atomene raskt for å danne for det meste (ca. 93%) 14 CO ( karbonmonoksid ), som deretter oksiderer langsommere og danner 14 CO 2 , radioaktivt karbondioksid . Gassen blandes raskt og blir jevnt fordelt gjennom atmosfæren (blandingstiden i ukes rekkefølge). Karbondioksid oppløses også i vann og gjennomsyrer dermed havene , men i en lavere hastighet. Den atmosfæriske halveringstiden for fjerning av 14 CO 2 har blitt estimert til å være omtrent 12 til 16 år på den nordlige halvkule. Overføringen mellom det grunne sjølaget og det store magasinet av bikarbonater i havdypene skjer med en begrenset hastighet. I 2009 var aktiviteten på 14 C 238 Bq per kg karbon ferskt terrestrisk biomateriale, nær verdiene før atmosfærisk kjernefysisk testing (226 Bq/kg C; 1950).

Total beholdning

Inventaret av karbon-14 i jordens biosfære er omtrent 300 megakurer (11  E Bq ), hvorav det meste er i havene. Følgende inventar av karbon-14 er gitt:

  • Global inventar: ~ 8500 PBq (ca. 50 t )
    • Atmosfære: 140 PBq (840 kg)
    • Terrestriske materialer: balansen
  • Fra atomprøving (til 1990): 220 PBq (1,3 t)

I fossilt brensel

Mange menneskeskapte kjemikalier er avledet fra fossilt brensel (for eksempel petroleum eller kull ) der 14 C er sterkt utarmet fordi alderen på fossiler langt overstiger halveringstiden til 14 C. 14 CO 2- eller snarere dets relative fravær- brukes derfor til å bestemme det relative bidraget (eller blandingsforholdet ) av fossilt brenseloksidasjon til det totale karbondioksidet i et gitt område av jordens atmosfære .

Datering av en bestemt prøve av fossilt karbonholdig materiale er mer komplisert. Slike forekomster inneholder ofte spormengder karbon-14. Disse mengdene kan variere betydelig mellom prøver, og varierer opptil 1% av forholdet som finnes i levende organismer, en konsentrasjon som kan sammenlignes med en tilsynelatende alder på 40 000 år. Dette kan indikere mulig forurensning av små mengder bakterier, underjordiske strålekilder som forårsaker 14 N (n, p) 14 C-reaksjonen, direkte uranforfall (selv om rapporterte måleforhold på 14 C/U i uranbærende malmer vil innebære omtrent 1 uranatom for hvert to karbonatom for å forårsake 14 C/ 12 C-forholdet, målt til størrelsesorden 10 15 ), eller andre ukjente sekundære kilder til karbon-14-produksjon. Tilstedeværelsen av karbon-14 i den isotopiske signaturen til en prøve av karbonholdig materiale indikerer muligens forurensning av biogene kilder eller forfall av radioaktivt materiale i omkringliggende geologiske lag. I forbindelse med bygging av Borexino solar neutrino -observatoriet, ble petroleumsråstoff (for syntetisering av primær scintillant) oppnådd med lavt 14 C innhold. I Borexino Counting Test Facility ble et 14 C/ 12 C -forhold på 1,94 × 10 18 bestemt; sannsynlige reaksjoner som er ansvarlige for varierte nivåer av 14 C i forskjellige petroleumsreservoarer , og de lavere 14 C -nivåene i metan, har blitt diskutert av Bonvicini et al.

I menneskekroppen

Siden mange kilder til menneskelig mat til slutt stammer fra terrestriske planter, er den relative konsentrasjonen av karbon-14 i kroppene våre nesten identisk med den relative konsentrasjonen i atmosfæren. Hastigheten for oppløsning av kalium-40 og karbon-14 i den normale voksne kroppen er sammenlignbar (noen få tusen oppløste kjerner per sekund). Beta-henfallene fra eksterne (miljø) radioaktivt bidra 0,01 mSv / år (1 mrem / år) til hver persons dose av ioniserende stråling . Dette er lite sammenlignet med dosene fra kalium-40 (0,39 mSv/år) og radon (variabel).

Carbon-14 kan brukes som et radioaktivt sporstoff i medisin. I den innledende varianten av urea-pustetesten mates en pasient med en diagnostisk test for Helicobacter pylori , urea merket med omtrent 37  kBq (1,0  Ci ) karbon-14 (dvs. 37 000 forfall i sekundet). Ved en H. pylori- infeksjon bryter det bakterielle urease- enzymet ned urea i ammoniakk og radioaktivt merket karbondioksid , som kan detekteres ved lavt nivå av pasientens pust. Den 14 C-urea pustetest er i stor grad erstattet av 13 C- urea pustetest, som ikke har noen stråling problemer.

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker


Opiniones de nuestros usuarios

Lilly Gundersen

Endelig en artikkel om Karbon som er gjort lett å lese.

Monika Bjerke

Flott innlegg om Karbon.

Nils Holm

Informasjonen som gis om Karbon er sann og veldig nyttig. Bra.