Carbono-14

El carbono-14, 14C o radiocarbono es un isótopo radiactivo del carbono, descubierto el 27 de febrero de 1940 por Martin Kamen y Sam Ruben. Su núcleo contiene 6 protones y 8 neutrones y se desintegra produciendo radiación beta. Willard Libby determinó un valor para el periodo de semidesintegración o semivida de este isótopo de 5568 años. Determinaciones posteriores en Cambridge produjeron un valor de 5730 años. Debido a su presencia en todos los materiales orgánicos, el carbono-14 se emplea en la datación de especímenes orgánicos.

Carbono-14
Isótopo de carbono
General
Símbolo 14C
Neutrones 8
Protones 6
Datos del núclido
Abundancia natural 10-10%
Período de semidesintegración 5730 ± 40 años
Productos de desintegración 14N+1
Masa atómica 14,003 241 u
Modo y energía de desintegración
β– 0,156 476 MeV[1]
Otros

Radioisótopo
Véase también: Isótopos de carbono

Formación

Origen natural

Los rayos cósmicos de alta energía (principalmente protones) que proceden de fuera del sistema solar impactan con los átomos presentes en la alta atmósfera de la Tierra, principalmente nitrógeno y oxígeno, haciendo que se desintegren en partículas subatómicas, como protones y neutrones. Los neutrones así producidos, al alcanzar altitudes entre 15 y 9 km de la superficie terrestre, y en latitudes geomagnéticas altas, colisionan con los átomos de nitrógeno originando las conocidas reacciones (n,p):

147N + n → 146C + p

El carbono-14 también puede ser producido por rayos en las tormentas, pero en cantidades insignificantes a nivel mundial, en comparación con la producción por rayos cósmicos.

Se conocen otras reacciones de neutrones capaces de generar carbono-14:

Con neutrones térmicos:

13C(n,γ) → 14C

17O(n,α) → 14C

Con neutrones rápidos:

15N(n,d) → 14C

16O(n,3He) → 14C .

También puede tener fuente radiogénica: “cluster decay” de 223Ra, 224Ra, 226Ra). Por ejemplo:

22388Ra → 14 6C + 20982Pb

Este origen es extremadamente raro.

Explosiones nucleares

Las bombas nucleares atmosféricas y estratosféricas que tuvieron lugar en varios países entre 1945 y 1980 aumentaron extraordinariamente la cantidad de carbono-14 en la atmósfera y posteriormente en la biosfera; después de que terminaron las pruebas, la concentración atmosférica del isótopo comenzó a disminuir, ya que el CO2 radiactivo se fijó en el tejido vegetal y animal, y se disolvió en los océanos.

Emisión desde plantas electronucleares

El carbono-14 se produce en los refrigerante de reactores de agua en ebullición (BWR) y reactores de agua a presión (PWR). Por lo general, se libera a la atmósfera en forma de dióxido de carbono en los BWR y metano en los PWR.

El carbono-14 también se genera dentro de los combustibles nucleares (algunos debido a la transmutación del oxígeno en el óxido de uranio, pero más significativamente a partir de la transmutación de las impurezas de nitrógeno-14), y si el combustible gastado se envía al reprocesamiento nuclear, entonces el carbono-14 se libera, como CO2.

Datación por radiocarbono

El método de datación por radiocarbono es la técnica basada en isótopos más fiable para conocer la edad de muestras orgánicas de menos de 50 000 años.[2] Está basado en la ley de decaimiento exponencial de los isótopos radiactivos. El isótopo carbono-14 (14C) es producido de forma continua en la atmósfera como consecuencia del bombardeo de átomos de nitrógeno por rayos cósmicos. Este isótopo creado es inestable, por lo que, espontáneamente, se transmuta en nitrógeno-14 (14N). Estos procesos de generación-degradación de 14C se encuentran prácticamente equilibrados, de manera que el isótopo se encuentra homogéneamente mezclado con los átomos no radiactivos en el dióxido de carbono de la atmósfera. El proceso de fotosíntesis incorpora el átomo radiactivo en las plantas, de manera que la proporción 14C/12C en estas es similar a la atmosférica. Los animales incorporan, por ingestión, el carbono de las plantas. Ahora bien, tras la muerte de un organismo vivo no se incorporan nuevos átomos de 14C a los tejidos, y la concentración del isótopo va decreciendo conforme va transformándose en 14N por decaimiento radiactivo.

La masa en isótopo 14C de cualquier espécimen disminuye a un ritmo exponencial, que es conocido: a los 5730 años de la muerte de un ser vivo la cantidad de 14C en sus restos se ha reducido a la mitad. Así pues, al medir la cantidad de radiactividad en una muestra de origen orgánico, se calcula la cantidad de 14C que aún queda en el material. Así puede ser datado el momento de la muerte del organismo correspondiente. Es lo que se conoce como "edad radiocarbónica" o de 14C, y se expresa en años BP (Before Present, Antes del presente). Esta escala equivale a los años transcurridos desde la muerte del ejemplar hasta el año 1950 de nuestro calendario. Se elige esta fecha por convenio y porque en la segunda mitad del siglo XX los ensayos nucleares provocaron severas anomalías en las curvas de concentración relativa de los isótopos radiactivos en la atmósfera.

Al comparar las concentraciones teóricas de 14C con las de muestras de maderas de edades conocidas mediante dendrocronología, se descubrió que existían diferencias con los resultados esperados. Esas diferencias se deben a que la concentración de carbono radiactivo en la atmósfera también ha variado respecto al tiempo. Hoy se conoce con suficiente precisión (un margen de error de entre 1 y 10 años) la evolución de la concentración de 14C en los últimos 15 000 años, por lo que puede corregirse esa estimación de edad comparándolo con curvas obtenidas mediante interpolación de datos conocidos. La edad así hallada se denomina "edad calibrada" y se expresa en años Cal BP.

Véase también

Referencias
  1. A. H. Waptstra, G. Audi, C. Thibault. «AME atomic mass evaluation 2003». Archivado desde el original el 23 de septiembre de 2008. Consultado el 2 de noviembre de 2011.
  2. El País (10 de enero de 2010) «Acuerdo sobre la datación por carbono radiactivo». El País, Sociedad. (Consultado el 13 de marzo de 2018)

Enlaces externos
Este artículo ha sido escrito por Wikipedia. El texto está disponible bajo la licencia Creative Commons - Atribución - CompartirIgual. Pueden aplicarse cláusulas adicionales a los archivos multimedia.