Radiokarbonmethode

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Radiokarbonmethode

Jedes chemische Element kommt in der Natur mit unterschiedlich vielen Neutronen vor. Wir bezeichnen die verschiedenen Erscheinungsformen eines Elements als 'Isotope dieses Elements. Ein Beispiel: Natürlich vorkommender Wasserstoff (gemeint ist natürlich nur der Kern) besteht zu 99,985% aus Isotopen mit einem Proton und ohne Neutronen. Zu 0,015% besteht das Wasserstoffatom jedoch aus einem Proton und einem Neutron! Dieses Wasserstoffisotop wird auch als Deuterium bezeichnet.
Künstlich lässt sich sogar Wasserstoff mit zwei Neutronen erzeugen. Wir bezeichnen dieses Isotop als Tritium.

Nuvola Stift.png   Aufgabe 1: Fingerübung

Notiere die drei Wasserstoffisotope in der physikalischen Schreibweise!

Wir kennen 9 verschiedene KohlenstoffIsotope. Wie die meisten anderen Isotope haben diese aber keine eigenen Namen. Wir sprechen statt dessen von C12 (sprich: C-zwölf oder Kohlenstoff 12). Kohlenstoff kommt (teilweise künstlich erzeugt) als C9, C10, ... C16 und C 17 vor. In der Natur finden wir vor allem C12, C13 und C14.

C14 ist etwas besonderes, denn es verändert sich nach einiger Zeit. Ein Neutron zerfällt in zwei andere Teilchen: Ein Proton und ein Elektron!

Nuvola Stift.png   Aufgabe 2

Notiere in der physikalischen Schreibweise das Isotop C14!
Untersuche mit Hilfe des Periodensystems, was mit dem Isotop passiert und notiere das Ergebnis ebenfalls!

Dieser Vorgang wird als Beta-Zerfall bezeichnet.

Beta-Zerfall

Es gibt sehr viele verschiedene Isotope die nach einer gewissen Zeit einen Beta-Zerfall ausführen. Das C14 Isotop ist allerdings deswegen so besonders, weil es in allen Lebewesen in einem bestimmten Verhältnis vorhanden ist. In der Natur kommen drei Isotope des Kohlenstoffs vor: 12C, 13C, 14C. Isotopenuntersuchungen zeigen, dass der Anteil am Gesamtkohlenstoffgehalt in der Luft für 12C etwa 98,89 %, für 13C etwa 1,11 % und für 14C 0,000.000.000.1 % beträgt. Auf 1.000.000.000.000 (1 Billion) 12C-Kerne kommt so statistisch nur ein einziger 14C-Kern.

14C wird ständig durch Kernreaktionen in der oberen Schicht der Erdatmosphäre neu gebildet. Zwischen ständiger Neubildung und ständigem Zerfall bildet sich ein ungefähres Gleichgewicht aus.

Menschen, Tiere und Pflanzen nehmen es mit der Nahrung (bzw. Nährstoffen) auf. Stirbt die Pflanze ab, kann sie kein weiteres C14 mehr aufnehmen und die C14-Konzentration nimmt langsam ab.

Die Nachweisgrenze von 14C liegt bei 1 Teil pro Billiarde (1.000.000.000.000.000), entsprechend einer Konzentration von etwa einem Tausendstel der Menge an 14C in einer frischen Probe und wird durch Beschränkungen der Messgeräte sowie in sehr geringen Mengen vorhandenes „Untergrund 14C“ aus anderen Quellen bestimmt. Durch den radioaktiven Zerfall nimmt die Menge von 14C mit der Zeit ab. Nach 10 Halbwertszeiten, (das sind für C14 ca. 57.300 Jahre), liegt der Anteil unterhalb der Nachweisgrenze. Die Radiokarbonmethode ist daher nur für jüngere Proben anwendbar. Für die Altersbestimmung erdgeschichtlicher Fossilien z. B. in Bernstein, Braunkohle, Steinkohle oder Diamanten, ist sie unbrauchbar.


Nuvola Stift.png   Aufgabe 3

Beschreibe, wie mit Hilfe der Bestimmung der C14-Konzentration das Alter eines archäologischen Fundes (z.B. ein hölzernes Boot) bestimmt werden kann!


Wie groß ist eigentlich ein Atom?

An der Schule vor dem Holstentor gibt es einen Klassenraum einen historischer Physik-Raum mit einem Holzpodest auf dem die Schulbänke angeordnet sind. Die Schule ist seit 1890 in Betrieb. In dem Klassenraum haben etwa 20 - 30 Schüler Platz.

An der untersten Stufe des Holzpodestes hat der Zahn der Zeit genagt. Die Stufe ist in der Mitte etwa 8mm dünner als an der äußeren Kante.
Wenn wir davon ausgehen, dass bei jedem Schritt auf der Stufe eine einzige Schicht Atome vom dem Holz abgetragen wird, können wir abschätzen, wie dick so eine einzelne Schicht (also ein einzelnes Atom) ist.


Nuvola Stift.png   Aufgabe 4: Zusatzaufgabe

Schätze die Größe eines Atoms ab!