Concetti Chiave
- Il decadimento radioattivo degli elementi avviene attraverso emissioni di particelle alfa, beta e radiazioni gamma, ciascuna con caratteristiche uniche.
- Il decadimento beta trasforma un neutrone in un protone ed espelle un elettrone, rendendo l'atomo più stabile.
- La vita media è il tempo necessario affinché metà di un campione radioattivo decada; il carbonio-14 ha una vita media di 5730 anni.
- La datazione al radiocarbonio permette di determinare l'età di resti organici, mentre la datazione al radioisotopo è utilizzata per materiali inorganici come le rocce.
- Il potassio-40, con una vita media di 1.25 miliardi di anni, è ideale per datare oggetti inorganici, come dimostrato con le rocce lunari.
Teoria quantistica e Fisica Atomica
Decadimento radioattivo
Abbiamo tutti sentito parlare di elementi radioattivi, ma cosa sono? In sostanza, sono elementi il cui il nucleo emette radiazioni in una di queste tre forme:
Le sostanze radioattive emettono spontaneamente particelle elettriche positive( a ) negative( b ) e radiazioni elettromagnetiche( g )
a
radiazioni alfa: il nucleo emette particelle ad alta energia (due protoni e due neutroni) di un atomo di elio (senza gli elettroni)
b
radiazioni beta: il nucleo emette elettroni ad alta energia, mentre un neutrone si trasforma in un protone
g
radiazioni gamma: il nucleo emette un fotone ad alta energia.
Gli elementi si presentano in varie forme. Quelli riscontrati nella tabella periodica sono solo i più stabili. Tuttavia, esistono anche forme instabili. Il carbonio, per esempio, con numero di massa 12 (che corrisponde a 6 protoni + 6 neutroni) è presente in una forma con numero di massa 14 ( 6 protoni e 8 neutroni). In questa forma risulta instabile perché ci sono più neutroni che protoni. Così i neutroni in eccesso diventano un protone ed un elettrone. L'elettrone viene espulso, e l'atomo rimane con 7 protoni e 7 neutroni e diventa stabile. Questo processo viene chiamato decadimento beta .
Come avrete indovinato un nucleo sottoposto a decadimento beta espelle due neutroni e due protoni, mentre un nucleo sottoposto a decadimento gamma espelle un fotone ad alta energia (questo è il risultato della ridistribuzione di carica all'interno del nucleo).
Il tempo richiesto perché metà di un campione radioattivo decada viene detto vita media. Il carbonio 14, per esempio, usato per determinare l'età di materia una volta organica (vivente), ha una vita media di 5730 anni. In tal modo se in origine in un osso ci fosse stato una quantità x di carbonio 14, 5730 anni dopo ce ne sarebbe solo x/2, e dopo altri 5730 anni ne rimarrebbe x/4, e ancora, dopo altri 5730 anni ne rimarrebbe x/8 e così via.
Se si riesce a determinare quante vite medie sono trascorse dal momento della creazione di un campione radioattivo, si riesce a determinare quanto tempo fa quel campione è stato creato.
Vita media del potassio-40 (K-40):
Percentuale di K-40 riscontrata a confronto con quanta ce ne dovrebbe essere:
Numero di vite medie trascorse:
Tempo trascorso dall'origine del campione:
Queste cifre di fatto si riferiscono all'età di una roccia lunare nella quale si riscontrò mancante l' 82% del suo conteggio originale di potassio -40 .
In Italia venne trovato un uomo congelato. La cosa strana è che l'uomo corrisponde alle caratteristiche di un uomo dell'Età della Pietra, che aveva con sé persino attrezzi dell'Età della Pietra.
(L'Età della pietra arriva fino a 5000 anni fa, quando l'uomo imparò a fondere il metallo ed entrò nell'Età del Bronzo).
Ma come possiamo provare, oltre ogni dubbio, che questa persona congelata morì più di 5000 anni fa? Facilissimo: con la datazione al radiocarbonio .
Il carbonio 14 viene continuamente creato nell'atmosfera e viene assorbito da tutti gli organismi viventi. Mentre sono vivi, gli organismi mantengono un equilibrio tra il decadimento e l'assorbimento di nuovo carbonio-14. Dopo la morte, tuttavia, l'assorbimento cessa, ma il decadimento continua, così la quantità di carbonio -14 diminuisce. Conosciamo il tasso di decadimento del carbonio -14 e sappiamo quanto carbonio -14 c'è in un organismo vivente, così misurando quanto carbonio manca, possiamo determinare quando l'organismo è morto.
Vita media del carbonio-14:
Percentuale di carbonio -14 riscontrata nel tizio morto paragonato a te:
Numero di vite medie dalla morte:
Da quando il tizio è morto:
La datazione al carbonio è buona per materiale organico, ma per datare rocce o altri oggetti inorganici?
Il trucco sta nel trovare un isotopo instabile con una vita media molto lunga. Grazie a Madre Natura, il potassio-40, con vita media di 1.25 x 10 9 anni, risulta praticamente perfetto. (Questo metodo di datare materiale si chiama datazione al radioisotopo ).
Per esempio, degli scienziati riscontrarono che una roccia lunare ha 82% del suo potassio-40 iniziale. Quanto è vecchia la roccia?
La roccia lunare ha circa 360 milioni di anni .
Domande da interrogazione
- Cosa sono le radiazioni alfa, beta e gamma?
- Come funziona il decadimento beta nel carbonio-14?
- Cos'è la vita media e come si applica al carbonio-14?
- Come si determina l'età di una roccia usando il potassio-40?
- Perché la datazione al radiocarbonio è efficace per determinare l'età di un uomo dell'Età della Pietra?
Le radiazioni alfa sono particelle ad alta energia composte da due protoni e due neutroni. Le radiazioni beta sono elettroni ad alta energia emessi quando un neutrone si trasforma in un protone. Le radiazioni gamma sono fotoni ad alta energia emessi dal nucleo.
Nel decadimento beta del carbonio-14, un neutrone si trasforma in un protone ed emette un elettrone, portando il nucleo a diventare stabile con 7 protoni e 7 neutroni.
La vita media è il tempo necessario affinché metà di un campione radioattivo decada. Per il carbonio-14, la vita media è di 5730 anni, utile per datare materiali organici.
Si misura la percentuale di potassio-40 rimasta nella roccia e si calcola il numero di vite medie trascorse per determinare l'età della roccia.
La datazione al radiocarbonio misura il decadimento del carbonio-14 dopo la morte, permettendo di stabilire che l'uomo è morto più di 5000 anni fa, confermando la sua appartenenza all'Età della Pietra.
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