Koolstof-14 word gebruik om organiese materiaal se ouderdom te bepaal. Dit is seker die bekendste metode om ouderdom te bepaal.

Om te verduidelik wat koolstof-14 is, net eers ’n agtergrond oor atome:

Alle materie bestaan uit atome. Atome het ’n kern in die middel waarom elektrone (negatief-gelaaide deeltjies) draai. ’n Atoom se kern bestaan uit protone (positiefgelaaide deeltjies) en neutrone (neutraal gelaai). Die atoomgetal van ’n atoom dui op die aantal protone van ’n atoom. Protone en neutrone word nukleone genoem. ’n Atoom met ’n neutrale lading het ewe veel protone(+) en elektrone(-). Verskillende elemente bevat verskillende hoeveelhede protone (en elektrone), bv: Waterstof het 1 proton, koolstof het 6 protone, suurstof het 8, goud het 79 (kyk Periodieke tabel). Vir meer inligting oor atome, kyk die definisies hieronder:

Definisies:

• Atoomgetal: Die aantal protone (en daarom elektrone) van ’n atoom.
• Protone: Die positief-gelaaide deeltjies in ’n atoom. Dit kom in die middel van die atoom voor, in die atoomkern of atoomnukleus. Die aantal protone in die kern bepaal die chemiese eienskappe van ’n atoom asook watter chemiese element dit is: bv Waterstof het 1 proton, koolstof het 6 protone, suurstof het 8, yster het 26 en goud het 79 (kyk Periodieke tabel)
• Elektrone: Die negatief-gelaaide deeltjies wat om die kern van die atoom beweeg. ’n Atoom met ’n neutrale lading het dieselfde hoeveelheid protone en elektrone.
• Neutrone: Is saam met die protone in die middel van die atoom. Neutrone het nie ’n positiewe of negatiewe lading nie en hulle doel is om te verseker dat die positiefgelaaide protone mekaar nie wegstoot nie en daarom in die middel van die atoom bly. Gewoonlik is daar ongeveer dieselfde hoeveelheid protone as neutrone. Waterstof (H), met atoomgetal een (het slegs een proton), bevat gewoonlik nie neutrone nie. Dit is omdat daar nie verskillende protone is wat mekaar kan afstoot nie.
• Atoomkern/nukleus: Bestaan uit die nukleone (protone en neutrone) en is in die middel van die atoom.
• Nukleone: Die atoomkern, of atoomnukleus, bestaan uit nukleone. Dus word protone en neutrone ook nukleone genoem.
• Atoommassa: Dit is die massa van een atoom. Hoe meer protone en neutrone daar is, hoe swaarder is die atoom.
• Isotoop: Isotope is atome van dieselfde atoomgetal (aantal protone), maar met verskillende aantal neutrone. Bv koolstof, met 6 protone, kan 6, 7 of 8 neutrone bevat. Die isotoop word aangedui met ’n boskrif, bv die koolstofisotoop wat die mees algemeenste voorkom is koolstof-12. Dit bevat 12 nukleune (6 protone + 6 neutrone) en word aangedui deur ¹²C. Indien koolstof 7 neutrone bevat, word dit ¹³C aangedui. Die aantal protone word soms aangedui as ’n voetskrif. Die volgende is voorbeelde:
  • Koolstof-14: ¹⁴₆C of slegs ¹⁴C (14 nukleone, 6 protone en 14-6=8 neutrone)
  • Yster-56: ⁵⁶₂₆Fe of slegs ⁵⁶Fe (56 nukleone, 26 protone en 56-26=30 neutrone)
  • Neutron: ¹₀n (1 nukleon, 0 protone en 1 neutron)
  • Proton: ¹₁p (1 nukleon, 1 proton en 0 neutrone)

Terug by koolstof-14: Koolstof het 6 protone en daar is drie isotope van koolstof wat natuurlik op aarde voorkom: 99% van die koolstof op aarde is koolstof-12 (6 neutrone), 1% is koolstof-13 (7 neutrone), en koolstof-14 (6 neutrone) wat in spoorhoeveelhede (baie klein hoeveelhede) voorkom.

Koolstof-14 word gevorm wanneer kosmiese strale in the boonste atmosfeer, neutrone uit die nukleus van ʼn atoom uitslaan. Hierdie uitgeslaande neutrone beweeg teen ʼn baie vinnige spoed en bots teen gewone stikstof (¹⁴N) wat op ʼn laer hoogte in die atmosfeer voorkom. Wanneer hierdie neutrone van die protone van die stikstof uitslaan, lei dit tot die vorming van koolstof-14:

¹⁴₇N + ¹₀n –> ¹⁴₆C + ¹₁p (’n neutron verplaas ’n proton)

In teenstelling met gewone koolstof-12 (¹²C), is koolstof-14 (¹⁴C) onstabiel (radio-aktief) en daarom begin dit stadig met die proses van radioaktiewe verval. Hierdeur verander dit weer stadig terug na stikstof (¹⁴N) en stel energie vry in die proses. Die halfleeftyd van ¹⁴C is ~5730 jaar. Dus die hoeveelheid ¹⁴C halveer elke 5730 jaar. Die volgende formule word gebruik vir halfleeftyd:

X = X₀(1/2)^t/HL

Waar:[1]

• X: Konsentrasie na tyd t
• X₀: Konsentrasie aan die begin by tyd t=0
• t: Tyd in jare
• HL: Halfleeftyd – dit tyd wat dit neem sodat die konsentrasie halveer.

Dus, as t = HL, dan is X = X₀/2, die helfte van die oorspronklike konsentrasie.

Die volgende tabel demonstreer hoe die verval werk:

n	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
t	0	5730	11460	17190	22920	28650	34380	40110	45840	51570	57300
Frak	1	1/2	1/4	1/8	1/16	1/32	1/64	1/128	1/256	1/512	1/1024
Frak	1	0.5	0.25	0.125	0.0625	0.03125	0.015625	0.007813	0.003906	0.001953	0.000977

• n = Aantal halfleeftye
• t = Aantal jaar
• Frak = Fraksie C14 wat oorbly (X/X₀)

Dus, na 10 halfleeftye (in koolstof-14 se geval is dit 57300 jaar), is die konsentrasie minder as ’n duisendste van die oorspronklike konsentrasie.

Die hoeveelheid koolstof-14 in lewende dinge word bepaal deur die hoeveelheid koolstof-14 in die atmosfeer. Dit is een van die probleme met radiometriese dateringsmetodes, want niemand weet presies wat die aanvangs konsentrasie van koolstof-14 in die atmosfeer was toe die lewende organisme gesterf het nie.

’n Ander baie interessante ding oor koolstof-14 is dat omdat sy halfleeftyd relatief kort is[2], verminder die koolstof-14 relatief vinnig tot baie klein konsentrasies wat ’n mens nie kan meet nie. Met vandag se beste meetinstrumente kan ons met die koolstof-14-metode slegs onderdomme jonger as 250 000 bepaal. Daar word egter vandag koolstof-14 in diamante en dinosourusbene gevind (kyk Diamonds: a creationist’s best friend en Radiocarbon in dino bones). Volgens die koolstof-14 metode, is die hele geologiese kolom minder as 250 000 jaar oud.

Voetnotas:

[1] Om die ouderdom van iets te bepaal, moet die hoeveelheid koolstof-14 bekend wees en die aanvangs hoeveelheid koolstof-14 (by tyd t=0) aangeneem word en moet die boonste forumule soos volg herrangskik word:

X = X₀(1/2)^t/HL
X/X₀ = (1/2)^t/HL
log(X/X₀) = log(1/2)^t/HL
log(X/X₀) = (t/HL)log(1/2)
t/HL = log(X/X₀)/log(1/2)

[2] Die volgende is ’n lys van tipiese halfleeftye

• koolstof-14 (¹⁴C) wat in stikstof-14 (¹⁴N) verval met ’n halfleeftyd van 5 730 jaar
• kalium-40 (⁴⁰K) wat in argon-40 (⁴⁰Ar) verval met ’n halfleeftyd van 1.31 miljard jaar
• uraan-238 (²³⁸U) wat in lood-206 (²⁰⁶Pb) verval met ’n halfleeftyd van 4.47 miljard jaar
• rubidium-87 (⁸⁷Rb) wat in stronsium-87 (⁸⁷Sr) verval met ’n half-leeftyd van 49 miljard jaar

Ander bronne

• Skepping & Evolusie – Onversoenbaar!, Hennie Mouton, bl 192
• Radiometric dating breakthroughs
• Radiometriese datering verkeerd (Daniel Louw)
• Koolstof-14 (Wikipedia)
• How dating methods work
• Diamonds in days (actually, minutes!)
• Carbon 14—still drawing a blank
• How Carbon Dating Works