主な違い – 炭素12 vs 炭素14
元素の中には、同位体として知られる異なる形で存在するものがあります。
ある元素の同位体は、電子と陽子の数は同じだが、中性子の数が異なる。
したがって、同じ元素であっても、その質量は異なります。
元素の質量数は、その原子核に含まれる中性子と陽子の和です。
したがって、同位体は質量数で示される。
例えば、炭素は3つの形で存在する元素で、炭素には炭素12、炭素13、炭素14という3つの同位体があります。
炭素12は中性子6個と陽子6個を含むので質量数は12です。
同様に、炭素13の同位体は中性子7個と陽子6個を含み、炭素14の同位体は中性子8個と陽子6個を含んでいます。
同位体を持つほとんどの元素は、自然界に豊富に存在する主要な同位体を1つ持ち、残りの同位体はごくわずかな割合で存在しています。
したがって、元素の相対原子量を考える場合、通常、相対質量数は主要な同位体または豊富に存在する同位体の質量数と等しいと仮定される。
炭素12と炭素14の同位体の主な違いはその安定性で、炭素12の同位体は炭素14よりも安定です。
カーボン12とは
炭素12は最も豊富な炭素同位体で、天然に存在する全炭素の約98.89%を占める。
すべての生物学的システムに含まれている。
炭素12原子は原子核に中性子6個と陽子6個を含む。
炭素12同位体は安定で、放射性物質ではありません。
したがって、炭素14とは異なり、崩壊しません。
炭素12原子は、他の原子の質量を炭素12同位体の原子の質量と比較する相対原子質量尺度の定義に使用されます。
ここでは、炭素12を標準原子とする。
元素の相対原子質量（RAM）は周期表に示されている。
RAMと同じように、モルも炭素12の同位体を基準としています。
12.00gの炭素12に含まれる原子の数がモルを定義する基準とされます。
12gの炭素12に含まれる正確な原子数は6.02×1023であることが判明しています。
19世紀にイタリアの化学者、アメデオ・アヴォガドロがこの数字を発見しました。
この数字をアボガドロ定数と定義している。
アボガドロ定数の単位はmol-1です。
カーボン14とは
炭素14は炭素の不安定同位体で、8個の中性子と6個の陽子を含むため、質量数は14です。
他の炭素同位体とは異なり、炭素14は放射性であるため、時間とともに崩壊する。
炭素14は天然に存在する炭素の約0.01%以下です。
炭素14の崩壊作用は自発的です。
炭素14は崩壊して窒素14原子になる。
生物は光合成や有機物を食べている間に炭素14を獲得します。
生物が死ぬと、炭素14の摂取を停止します。
それに伴い、炭素14は崩壊を始め、約5730年で最初の量の半分になります。
これを炭素14の半減期と呼びます。
この炭素14の残存量を測定し、ほとんどの生体試料に存在する量と比較することができる。
そうすることで、科学者は炭素14を使って化石の年代を決定することができるのです。
ただし、炭素14は5万年以上経つと放射能が弱くなるため、5万年以上前の化石に適用されます。
図1: 炭素14の生成と壊変
カーボン12とカーボン14の違い
質量数
炭素12：炭素12の質量数は12。
炭素14 炭素14の質量数は14です。
原子に含まれる中性子の数
炭素12：炭素12は6個の中性子を持つ。
炭素14 炭素14は8個の中性子を持つ。
安定性
炭素12：炭素12は安定です。
炭素14 炭素14は不安定です。
放射能
炭素12：炭素12は放射性物質ではありません。
炭素14 炭素14は放射性物質です。
アプリケーション
炭素12：炭素12は、すべての生物学的システムの構成要素です。
炭素14 炭素14は5万年前の化石の年代測定に使われる。
同位体分布
炭素12: 天然に存在する炭素の99%に含まれる。
炭素-14 炭素124は自然界に存在する全炭素の0.01%未満です。
結論
炭素の同位体には、炭素12と炭素14の2種類があります。
炭素12は最も多く存在する炭素の同位体で、放射能を持たないため安定しています。
しかし、炭素14は放射能を持つため安定ではありません。
そのため、炭素14は生体系でごくまれにしか見られません。
これが炭素12と炭素14の違いです。
リファレンス
1.Breithaupt, Jim. 物理学 (パルグレイブ・ファウンデーション・シリーズ). N.p: N.p.: Palgrave Macmillan;, 2010. プリント
2.Knorr, Susan. 原子について学ぶ。
