Inhoud
De kern van elk elementair atoom bevat protonen, neutronen en elektronen. Hoewel elk element normaal een gelijk aantal protonen en elektronen heeft, kan het aantal neutronen variëren. Wanneer atomen van een enkel element zoals koolstof een verschillend aantal neutronen hebben, en daarom verschillende atoommassa's, worden ze "isotopen" genoemd. Net als veel andere elementen heeft koolstof een zeer veel voorkomende isotoop en verschillende andere die vrij zeldzaam zijn.
Koolstof-12
De meest voorkomende koolstofisotoop is koolstof-12. Zijn naam betekent dat zijn kern zes protonen en zes neutronen bevat, voor een totaal van 12. Op aarde is koolstof-12 goed voor bijna 99 procent van natuurlijk voorkomende koolstof. Wetenschappers gebruiken atomaire massa-eenheden, of amu, om de massa van elementen te meten. Carbon-12 heeft een amu van exact 12.000. Dit nummer is de referentiestandaard voor het meten van de atoommassa van alle andere isotopen.
Andere isotopen
De andere twee natuurlijk voorkomende koolstofisotopen zijn koolstof-13, die ongeveer 1 procent van alle koolstofisotopen omvat, en koolstof-14, die goed is voor ongeveer twee-triljoenste van natuurlijk voorkomende koolstof. De "13" in koolstof-13 geeft aan dat de kern van de isotoop zeven neutronen bevat in plaats van zes. Koolstof-14 bevat natuurlijk acht neutronen. Wetenschappers hebben ook kunstmatige koolstofisotopen gemaakt, variërend van koolstof-8 tot koolstof-22, maar het praktische gebruik van deze onstabiele isotopen is beperkt.
Koolstof-13
Levende organismen vertonen een voorkeur voor koolstof-12 boven koolstof-13 en absorberen daarom onevenredig hoge niveaus van koolstof-12. Zo kunnen wetenschappers de verhouding van koolstof-13 tot koolstof-12 in ijskernen en boomringen bestuderen om concentraties in het verleden van atmosferisch koolstofdioxide te schatten. Op dezelfde manier kunnen klimatologen deze verhouding in zeewater volgen om de absorptiesnelheid van de oceaan voor kooldioxide te bestuderen.
Koolstof-14
In tegenstelling tot koolstof-12 en koolstof-13 is koolstof-14 radioactief. Na verloop van tijd vervallen radioactieve isotopen en geven een bepaalde hoeveelheid straling af. Elk levend organisme neemt koolstofdioxide op, waaronder een kleine hoeveelheid koolstof-14. Nadat het organisme sterft, vervalt de koolstof-14 in zijn lichaam geleidelijk. Omdat wetenschappers weten hoe snel koolstof-14 vervalt, kunnen ze de koolstof-14-niveaus in oude organismen onderzoeken om te schatten wanneer ze leefden. Deze techniek wordt koolstofdatering genoemd.