Isótopos de carbono
Se le llaman isótopos de un determinado elemento químico a cada una de las variantes que puede existir de un átomo de dicho elemento. La diferencia entre átomos isotópicos, radica en el número de neutrones que se encuentran en el núcleo. El número de protones es siempre el mismo, ya que el número de protones es lo que determina de qué elemento químico estamos hablando. En cambio, el número de neutrones puede variar, dando lugar así a los distintos isótopos de cada elemento.
En la naturaleza, podemos encontrar varios isótopos de carbono. Los más frecuentes son el carbono 12, el carbono 13 y el carbono 14. Estos números indican el número másico para cada isótopo. El número atómico es siempre el mismo, ya que todos estos isótopos tienen 6 protones, y lo que varía entonces en cada uno de ellos es la cantidad de neutrones presentes en el núcleo: seis, siete y ocho, respectivamente.
Las propiedades químicas de cada uno de estos isótopos de carbono son similares. Casi la totalidad del dióxido de carbono presente en la atmósfera, está formado por carbono 12. Sin embargo, una pequeña fracción de estas moléculas está formada con carbono 13, y una porción aún menor tiene como componente un átomo de carbono 14. Este último isótopo es radiactivo e inestable, y sus propiedades se han aplicado en la determinación de la edad de algunos fósiles.
El carbono 14, al ser muy inestable, espontáneamente se va transmutando hacia nitrógeno 14, ganando un protón, según la reacción:
C = N + ß + neutrino
Pero esta desaparición de carbono 14 está compensada por la formación de nuevos átomos de este isótopo, que se forman gracias al choque de neutrones provenientes del espacio exterior con átomos de nitrógeno:
neutrón + N = C + H
Como resultado del choque, el átomo de nitrógeno pierde un protón, dando lugar a un átomo de carbono 14 y a un átomo de hidrógeno. Los átomos de carbono 14 formados se oxidan inmediatamente para formar dióxido de carbono, y permanecen de esta manera en la atmósfera.
Estos dos procesos, de desaparición y formación de átomos de C14, suceden aproximadamente a la misma velocidad, y como resultado, la concentración de átomos de C14 en la atmósfera es bastante constante.
Datación de fósiles mediante carbono 14
Las plantas vivan están intercambiando permanentemente dióxido de carbono con la atmósfera, en los procesos de fotosíntesis y respiración. De manera que los animales de ingieren estas plantas, también están intercambiando carbono 14 con la atmósfera. Por lo tanto, la proporción de carbono 14 respecto de carbono 12 en los seres vivos es similar a la atmosférica.
En cuanto un organismo vivo muere, cesa este intercambio, y su nivel de carbono 14 comienza a descender, ya que se transforma en nitrógeno. La velocidad a la que ocurre esta transformación es conocida, de manera que se pude saber el momento de la muerte de un ser vivo determinando la cantidad de carbono 14 que aún tiene. Cuanto menor sea esa cantidad, más tiempo habrá pasado desde el momento de la muerte. La medición se realiza detectando la radiación emitida por el isótopo.
Sin embargo, este sistema tiene algunos inconvenientes: no resulta útil para determinar la edad de un fósil más allá de los 60 mil años, ya que la emisión radiactiva sería muy baja y difícil de medir. Además, se tendría que saber la concentración de carbono 14 atmosférico de la época en que murió el ser vivo, dato que se conoce con cierta exactitud hasta hace 11800 años atrás, pero que se desconoce para periodos anteriores.