碳14就是碳元素,是一种有放射性的同位素。
碳14是碳元素的一种具放射性的同位素,它是透过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生。碳-14原子核由6个质子和8个中子组成。其半衰期约为5730±40年,衰变方式为β衰变,碳14原子转变为氮-14原子。
1940年,美国科学家马丁·卡门(Martin Kamen)与同事山姆·鲁宾(Sam Ruben)在美国劳伦斯伯克利国家实验室发现碳14,而后时任芝加哥大学教授、加州大学伯克利分校化学博士威拉得·利比(Willard Libby)应用碳14发明了碳—14年代测定法并获得1960年诺贝尔化学奖。
由于在有机材料中含有碳-14,因此根据它可以确定考古学、地质学和水文地质学样本的大致年代,其最大测算不超过6万年(而且没有参照的情况下误差较大)。
碳14成分结构
碳—14测年法分为常规碳—14测年法和加速器质谱碳—14测年法两种。当时,Libby发明的就是常规碳—14测年法,1950年以来,这种方法的技术与应用在全球有了显著进展,但它的局限性也很明显,即必须使用大量的样品和较长的测量时间。于是,加速器质谱碳—14测年技术发展起来了。
加速器质谱碳—14测年法具有明显的独特优点。一是样品用量少,只需1~5毫克样品就可以了,如一小片织物、骨屑、古陶瓷器表面或气孔中的微量碳粉都可测量;而常规碳—14测年法则需1~5克样品,相差3个数量级。
二是灵敏度高,其测量同位素比值的灵敏度可达10-15至10-16;而常规碳—14测年法则与之相差5~7个数量级。三是测量时间短,测量现代碳若要达到1%的精度,只需10~20分钟;而常规碳—14测年法却需12~20小时。
正是由于加速器质谱碳—14测年法具有上述优点,自其问世以来,一直为考古学家、古人类学家和地质学家所重视,并得到了广泛的应用。可以说,对测定50000年以内的文物样品,加速器质谱碳—14测年法是测定精度最高的一种。
自然界中存在3种碳的同位素,它们的重量比例是12:13:14,科学家分别用碳-12、碳-13、碳-14来表示。碳-12、碳-13是稳定同位素。而碳-14则有放射性。碳-14在大气中存在,在大气高空层中,因宇宙射线中子和大气氮核作用而生成。它在大气中与氧结合成C4O2分子,与二氧化碳(CO2)的化学性能相同。因此,它与二氧化碳混合一起,参予自然界的碳交换运动。它因光合作用而被植物吸收、并贮存在植物之中。人和动物需要食用植物,于是碳-14会在人体和动物体内存留。生物在存活期间会不断地从大气中获取这种放射性碳。但是任何一种动物或植物一旦死亡,它就停止吸收,而且会使存留体内的这种放射性碳不断减少。大约在5730年间,它的含量可以衰减一半。因此,物理学家将5730年称为半衰期。由此可知,只要用仪器测出树木、谷物、人骨、兽骨等生物遗骸中现有的碳-14含量,与它原始的碳-14水平相比,就可以推算出它们在多少年前死亡,进而可以推断与它们共存的遗存(诸如建筑遗址、墓葬或其它遗物)距今已有多少年了。这就是碳-14分析的原理。碳14是碳12的同位素。所谓同位素是具有相同原子序数的同一化学元素的两种或多种原子之一,在元素周期表上占有同一位置,化学行为几乎相同,但原子质量或质量数不同,从而其质谱行为、放射性转变和物理性质(例如在气态下的扩散本领)有所差异。同位素的表示是在该元素符号的左上角注明质量数,例如碳14,一般用14C而不用C14. 碳14因为有放射性常被用来做历史鉴定。
(三楼的要搞清楚啊,它不是两种元素,而属于同一种元素!)
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