正在播放:朱三元:14C及其在科研工作中应用
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碳的原子系数是6,意味着所有的碳原子都拥有六个质子,但是碳原子中的中子数量可能为6个、7个或者8个,对应不同的碳同位素。
有6个中子碳原子的是12C,它是最常见的碳同位素,自然界中碳12同位素丰度是99%;有7个中子的碳原子是13C,同位素丰度约1%有8个中子的碳原子是14C,同位素丰度是10-12. 10-12这个数字大家都知道很小,但具体有多小,可能没有直观的印象。在这里我打个比方帮助大家了解一下。我们知道,现在全世界总人口已经接近80亿,如果我们把全世界所有人口都当作一个碳原子,我们能够找到代表C14原子人的数量少于1,大家可以想象14C的同位素丰度有多低。另外,12C和13C是稳定同位素,而14C是放射性同位素,半衰期是5730年
14C这么少,人类又是如何发现它的呢?
1940年人类首先在加速器上发现了核反应可以合成14C,认识到14C这种碳同位素的存在。
美国化学家Libby等人根据14C的核反应生成条件,认为在自然界的环境中也能产生14C,因此他们采用热扩散浓缩甲烷的方法在1947年首先发现了自然界中的14C。现在,人们已经自然界14C的生命历程非常了解:在距地面8公里以上的高空,当高能宇宙射线中热中子被空气中的N原子俘获后,会发生核反应。14C原子会和空气中的氧结合生成CO2,通过大气环流达到地表。这些CO2会被植物光合作用吸收固定,并通过食物链进入动物体内。动植物死后,进入土壤,部分进入陆地水体和海洋。最终14C会储存在大气圈、生物圈、水圈和土壤中,形成一种平衡。14C最终会死亡,放出电子(beta射线),衰变为氮原子。


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标签:公众科学日,科学公开课
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