معلومات عن الكربون14 ومجالات استعماله

الكربون 14
لكربون-14 في الفيزياء (بالإنجليزية:Carbon-14 أو 14C ) هو نظير مشع للكربون تحتوي نواته على 6 بروتونات و 8 نيوترونات . وهو يوجد طبيعيا في المواد العضوية ويستخدم في تعيين عمر العينات القديمة والآثار التي قد يبلغ عمرها 10.000 عام أو أكثر . وقد استخدمه العالم الفيزيائي "ويلارد ليبي" وزملاؤه عام 1949 لتعيين عمر أثار قديمة و عينات جيولوجية. اكتشف الكربون-14 عام 1940[1]توجد من الكربون ثلاثة نظائر طبيعيا علي الأرض : 99 % منها كربون-12 و 1 % كربون-13 و آثار من الكربون-14 ، أي نحو 1 /ترليون (0.0000000001%) . في الهواء . ويبلغ عمر النصف للكربون-14 5,730±40 سنة ، حيث يتحلل إلى النيتروجين-14 عن طريق تحلل بيتا. [2]ومصدر وجود الكربون-14 في جو الأرض هو الأشعة الكونية التي تتفاعل مع النيتروجين في الجو وتنتجه . ولكن تداخل في نسبة الكربون-14 في الجو خلال التجارب النووية بين 1955 - 1980 كربون-14 ناتج من تلك التجارب ولا بد من أخذها في الحسبان عند تعيين عمر العينات .
ولا تختلف الخواص الكيميائية للنظائر المشعة المختلفة للكربون . ولذلك نستعين بها في دراسة التفاعلات الكيميائية العضوية حيث نستبدل بعض ذرات الكربون الطبيعي فيه بذرات الكربون-14 المشع ، وبذلك تستطيع تتبع انتقال الكربون في بنية المركبات العضوية.
مصدره وتحلله:
نتج الكربون-14 في الطبقات الجوية العليا في تروبوسفير و ستراتوسفير بتفاعل النيوترونات البطيئة القادمة من الأشعة الكونية مع ذرات النيتروجين . عندما تدخل الأشعة الكونية الغلاف الجوي تتحول إلى بعض الجسيمات الأخرى ومن ضمنها النيوترونات . وتدخل النيوترونات (1n) الناتجة في التفاعل الآتي:
   1n + 14N → 14C + 1p
اعلى معدل تكوين الكربون-14 يحدث على ارتفاع 9 إلى 15 كيلومتر ، ثم ينتشر في جميع أنحاء الأرض ويتفاعل مع الأكسجين مكونا ثاني أكسيد الكربون مشع. ويذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء وينتشر في المحيطات .
يتحلل الكربون-14 عن طريق تحلل بيتا .
   \mathrm{~^{14}_{6}C}\rightarrow\mathrm{~^{14}_{7}N}+ e^- + \bar{\nu}_e
في تحلل بيتا يصدر الكربون-14 1 إلكترون من النواة و مضاد نيوترينو الإلكترون ، ويبلع عمر النصف للكربون-14 5730 سنة حيث يتحلل إلى النيتروجين-14 المستقر (غير مشع).
تركيز الكربون-14 في جو الأرض يبلغ نحو 300 مليون كوري (11 EBq), يوجد معظمها في المحيطات . [3]
ولم يكن معدل تكوّن الكربون-14 معروفا بالضبط قبل عام 2008 . وتختلف تكونه بحسب تغيرات تحدث في شدة الأشعة الكونية عند انفجار مستعرات عظمى في أعماق الكون ، ولاختلاف المجال المغناطيسي للأرض من منطقة إلى منطقة. [4]


خصائصه الفيزيائية:
لكربون أعلى نقطة تسامي بين العناصر الكيميائيّة، والتي تبلغ حوالي 3900 كلفن.[50][51]  ليس للكربون نقطة انصهار عند الضغط النظامي، حيث أن النقطة الثلاثيّة له هي عند ضغط مقداره 10.8 ± 0.2 ميغاباسكال، ودرجة حرارة مقدارها 4600 ± 300 كلفن (~4330 °س).[2][3]  يتسامى الكربون في المصباح القوسي الكربوني، والذي تصل درجات الحرارة فيه إلى حوالي 5800 كلفن (5530 °س). بالتالي، فإنّه وبغضّ النظر عن شكل المتآصل فإنّ الكربون يبقى صلباً عند درجات حرارة أعلى من درجات انصهار فلزات مثل التنغستن أو الرينيوم.
للكربون خصائص مغناطيسية معاكسة، وتختلف قيمة القابليّة المغناطيسيّة في الغرافيت حسب المستوي الفراغي، فيكون بذلك متباين الخواص، إذ أنّ القيمة في المستوي الموازي تبلغ \chi_{m} = −85 · 10−6، وفي المستوي العمودي للطبقات \chi_{m} = −450 · 10−6.[52] بالمقابل فإنّ للألماس في هذه الناحية متوحّد الخواص، حيث أنّ القيمة لديه ثابتة ومقدارها \chi_{m} = −22 · 10−6.
على العموم، تختلف الخصائص الفيزيائيّة التفصيليّة للكربون حسب شكل ارتباط الذرات في الأشكال المختلفة من المتآصلات، والتي تشمل مثلاً أقسى مادة موجودة في الطبيعة وهي الألماس، مقابل واحدة من أكثر المواد نعومة وهي الغرافيت. في الجدول التالي مقارنة بين الخصائص الفيزيائيّة لكل من الألماس والغرافيت: