النشاط الإشعاعي في خدمة علم الآثار

يتكون الكربون14 وهو النظير المشع لعنصر الكربون والذي نرمز له ب 14C بكيفية دائمة في الطبقات العليا للجو ويعطي ثاني أوكسيد الكربون وفق تفاعل سريع لينضاف إلى ثاني أوكسيد الكربون المجود في الجو. ُيمتص غاز ثاني أوكسيد الكربون ( سواء المحتوي على الكربون المستقر 12C و13C أو الكربون المشع دون تمييز) ليدخل هذا الكربون في تركيب الكائنات الحية نباتية كانت أم حيوانية . وحوالي عام 1950م، أثبت الكيميائي الأمريكي W Libby أن كل الكائنات الحية تتميز بنفس نسبة الكربون 14أي: كل كتلة m = بالنسبة لحيوان أو نبات غير حي ( جدع شجرة مقطوع ، صدفات أحفورية ، عظام ...) يتوقف ذلك التبادل مع الهواء ليتناقص ثاني أوكسيد الكربون المحتوي على الكربون المشع وفق دالة أسية خلال الزمن من لحظة الوفاة. بمقارنة نشاط عينة من الأحفور بالنشاط لكائن حي يمكن تقدير عمر ذلك الأحفور. بعد 40 000 سنة لا يبقى سوى 1% من الكربون 14 مما كان يحتويه عندما كان حيا وبالتالي يستحيل تحديد عمر بعد هذه المدة. خلفت هذه الطريقة جدالا كلاميا جعلت العلماء يشكون في مصداقيتها ويعرف الحادث ب :كفن تورينو حيث تباين التاريخ المفترض بين القرن الرابع عشر وفق هذه الطريقة وميلاد المسيح وفق طرق أخرى

(*) : نقبل أن هذا الفتت يبقى ثابتا خلال الزمن 1g من المادة الحية لها نشاط إشعاعي بسبب الكربون 14 تتمثل في 13.6 تفتت في الدقيقة ( *) الذي يمثل عمر صفر «un âge zéro ».


Clefs CEA n°14 automne 1989عن :

1) ماهو التفاعل الذي يمكن أن يحدث لكي ينتج عنه ثاني أوكسيد الكربون في الطبقات العليا ( عبرعنه بمعادلة بسيطة )، وهل هذا التفاعل يخص نظير دون آخر ؟ 2) ما هو المبدأ الذي تقوم عليه هذه الطريقة لتحديد عمر أحفور؟ 3) ما هو العمر الأقصى الذي تسمح به هذه الطريقة ؟ 4) ابحث عن قصة كفن تورينو وحاول معرفة حل اللغز


صورتآصل الكربون

تآصل الكربون النقي يختلف عن تآصل التركيبات الجزيئية الأخرى له.

الثلاث تآصلات المعروفة للكربون هم الكربون غير المتبلور, والجرافيت. والماس. كما تم تصنيع وإكتشلف عدد من ثور التآصل الشاذة الأخرى ومنها الفوليرينات, [أنبوبة كربون دقيقة|أنابيب الكربون الدقيقة]], واللونسداليت.

فى شكله الغير متبلور, يكون الكربون في الأساس جرافيت ولكن لا يتواجد في شكل متبللر كبير. ولكن يتواجد في شكل مسحوق والذى يكون المكون الرئيسي للمواد مثل الفحم, السناج, سخام, كربون منشط.


فى الضغط العادى يأخذ الكربون شكل الجرافيت, وفيه ترتبط كل ذرة مع ثلاث ذرات في مستوى يتكون من شكل سداسي في كل الحلقات. مثل الحلقات الموجودة في الهيدروكربونات الأروماتية. الشكلان المعروفان للجرافيت, ألفا (سداسي) و بيتا (منشور سداسي منتظم), وكلاهما له خواص فيزيائية متطابقة, فيما عدا البناء البللوري. ويحتوى الجرافيت الذى يتواجد بصورة طبيعية على 30 % تقريبا من الشكل بيتا, وعند تصنيع الجرافيت فإنه يحتوى فقط على الشكل ألفا. ويمكن للشكل ألف أن يتحول إلى الشكل بيتا بالمعالجة الميكانيكية ويرجع الشكل بيتا إلى الشكل ألفا عند تسخينه فوق 1000 C °

وبسبب عدم تمركز سحابة-باي, فإن الجرافيت يوصل الكهرباء. الجرافيت مادة طرية ورقاقتها, تفصل كتيرا بالذرات الأخرى, وتمسك مع بعضها البعض عن طريق قوى فان دير فال, وبالتالى فإنها تنزلق بسهولة على بعضها البعض.

وفى الضغوط العالية يكون الكربون صورة من صور تآصله تسمى الماس, والتى ترتبط فيها كل ذرة لأربعة ذرات أخرى. وللماس نفس البناء المكعب للسيليكون والجيرمانيوم, ونظرا لقوة الرابطة بين كربون-كربون, فإنه مع نيتريد البورون متساوي الإلكترونات (BN) أقصى المواد من حيث مقاومة الخدش. التحولات التى تحدث للجرافيت في درجة حرارة الغرفة بطيئة للغاية لأن تلاحظ. وتحت بعض الظروف, يتبللور الكربون لللونسدالايت وهو شكل مشابه للماس ولكن سداسي.

الفوليرينات لها بناء يماثل الجرافيت, ولكن بدلا من الشكل السداسي النقي, فإنها تحتوى على أشكال خماسية (وإحتمال سباعية) من ذرات الكربون, مما يؤدى لإنثناء الطبقات إلى كريات أو إسطوانات. خواص الفوليرينات (تسمى أيضا "كرة بوكي" و "أنبوبة بوكي") لم يتم تحليلها حتى الأن. وكل أسماء الفوليرينات تم تسميتها على شرف بوكوينستر فوللير, مطور قبة جيوديسي والتى تسبه بناء كرة بوكي.

تآصل فقاعة دقيقة تم إكتشافه مؤخرا وهو مغناطيسي حديدي.

صور الكربون المتآصلة تتضمن:

* الكربون غير المتبلور
* فقاعة كربون دقيقة (]] تم إكتشافه عام [[1997
* أنبوبة كربون دقيقة
* الماس
* فوليرين
* جرافيت
* أيونسدالايت
* سيرافيت

نظام تآصل الكربون يتسع لمدى كبير للغاية.

بين الماس والجرافيت:

* الماس أصلب المعادن المعروفة للإنسان, ولكن الجرافيت أيضا من أكثرها طراوة.
* الماس مادة كاشطة, بينما الجرافيت مادة مزيتة.
* الماس عازل ممتاز للكهرباء,بينما الجرافيت يوصل الكهرباء.
* الماس غالبا شفاف, بينما الجرافيت معتم.
* الماس له شكل بللوري مكعب, بينما الجرافيت شكله البللورى سداسي.

بين الكربون غير المتبلور والأنابيب الدقيقة:

* الكربون غير المتبلور هو من أسهل المواد التى يمكن تصنيعها, بينما كربون الأنابيب الدقيقة يحتاج لنفقات باهظة لتصنيعه.
* الكربون غير متبلور موحد الخواص, ولكن كربون الأنابيب الدقيقة من ضمن أكثر المواد المتباينة الخواص على الإطلاق.



إستخدامات اخرى

* النظير كربون-14 المكتشف في 27 فبراير 1940 ، يستخدم في تقدير عمر الاحافير عن طريق الاشعاع.
* بعض كواشف الدخان تستخدم كميات ضئيلة من النظير المشع للكربون وذلك كمصدر للإشعاع المؤين (معظم هذه الكواشف تستخدم نظير من نظائر الأمريكيوم)
* الجرافيت يمزج بمادة طينية لصناعة 'رصاصة' اقلام الرصاص.
* الماس يستخدم لاغراض الزينة ، كما يدخل في ادوات الحفر والقص لقساوته العالية جدا.
* يضاف الكربون إلى الحديد لإنتاج الفولاذ.
* يستخدم الكربون كمنظم للتفاعلات النووية في المفاعلات.
* يستخدم مسحوق الجرافيت الذي يعاد قولبته كفحم للطبخ ، اقلام رسم واستخدامات اخرى.
* يستخدم الفحم في الطب على شكل اقراص او مسحوق لامتصاص المواد السامة من الجهاز الهضمي .

الخواص الكيميائية والبنائية للفوليرينيس (احد اشكال الكربون)، والتي تكون على شكل انابيب متناهية الدقة (تقاس بالنانومتر) مؤهلة للإستخدام في التكنولوجيا المتناهية الصغر ( تكنولوجيا النانو ) الناشئة.