I fenomeni radioattivi
Gli atomi sono costituiti da un nucleo, formato da protoni e neutroni e da una nube di elettroni che ruotano attorno al nucleo stesso.
Ad un tipo di atomo, o specie atomica, si assegna il nome dell’elemento chimico corrispondente ed ogni elemento è caratterizzato dal suo numero atomico Z.
Z= numero di protoni = numero di elettroni
N= numero di neutroni
A = Z + N = numero di massa del nucleo
Un elemento chimico Y viene quindi indicato con il simbolo :
( hanno nel nucleo lo stesso numero di protoni (quindi lo stesso Z) ma un diverso numero di neutroni (quindi un N diverso e di conseguenza un A diverso)).
Gli
atomi neutri di tutti gli isotopi per
un certo valore di Z possiedono lo stesso numero di elettroni,
hanno le stesse proprietà chimiche e occupano la stessa “casella”
nella tavola degli elementi chimici. Esempio:
La
maggior parte degli isotopi è
energeticamente instabile o radioattivo;
cioè il nucleo è destinato a decadere in un altro nucleo con minore
massa, mediante l’emissione di una radiazione, senza alcuno stimolo
esterno.
Il fenomeno della radioattività è stato scoperto ai primi del ‘900 da H. Becquerel e M. e P. Curie.
Esistono tre tipi di emissione radioattiva, che sono chiamati alpha (α), beta (β) e gamma (γ) in ordine di crescente capacità di penetrazione attraverso la materia. Le particelle α sono le meno penetranti, le particelle β sono intermedie e i raggi γ sono i più penetranti.
La particella α
è un nucleo di : 
la particella β è un elettrone (β-) o un positrone (β+ )
il raggio γ è un fotone di alta energia.
Datazione
radiometrica
I metodi di datazione radiometrica utilizzano i fenomeni della radioattività naturale, cioè la trasformazione spontanea di isotopi instabili di una data specie in nuclei stabili.
Conoscendo
il tempo di decadimento di una certa
sostanza, è teoricamente
possibile usare il suo decadimento come orologio per misurare un
intervallo di tempo.
In
tabella sono riportati alcuni dei principali isotopi radioattivi
usati per la datazione . Altri isotopi radioattivi che appaiono in natura
non vengono usati o perché sono presenti in quantità minime o perché
hanno un tempo di dimezzamento non adeguato.
Isotopi radioattivi per la datazione di reperti
La radiodatazione si basa, quindi, sulla misura dei nuclei residui in materiali nei quali, al momento della formazione, sono rimaste inglobate sostanze radioattive. L’età misurata è attendibile solo se il campione è rimasto isolato dall’ambiente esterno, ovvero se non ci sono state né aggiunte né perdite di materiale radioattivo nel corso del tempo.
Le sostanze radioattive naturali in base alla loro origine si distinguono in
primordiali :così chiamate perché esistono sulla terra dal tempo della sua formazione e sono caratterizzate da un tempo di decadimento molto grande.
cosmogeniche
: le sostanze cosmogeniche,
come il 14C,
sono prodotte dall’interazione dei raggi cosmici con l’atmosfera, la
crosta terrestre ed il mare.
In
genere, nelle tecniche di datazione, l’intervallo di tempo di
applicabilità per un certo isotopo è circa 10
volte il suo tempo di decadimento.
I
metodi di datazione delle rocce utilizzano il decadimento di elementi
primordiali in esse contenuti (Rubidio (Rb), Torio (Th) ed isotopi
dell’Uranio (U)). Con questi elementi si sono stimate l’età della
roccia più antica presente sulla Terra (granito della Groenlandia=3,7·10
9anni) e la
stessa età della Terra, 4,6·109
anni.
Il
decadimento del Potassio (K) in Argon (Ar) ha invece un campo di impiego
più ampio. Infatti, anche se il suo tempo di dimezzamento è piuttosto
elevato, recenti tecniche hanno reso possibile misurazioni di piccolissime
quantità di Argon in rocce aventi un’età di solo 50.000 anni.
Non
viene usata invece la trasformazione del Potassio in Calcio (Ca) poiché
è estremamente difficile distinguere il Calcio prodotto dalla reazione
nucleare da quello primario, presente in grandi quantità nella crosta
terrestre.
Per
la stima di età ancora più recenti, ci si basa sul radioisotopo del Carbonio,
il 14C, che ha un tempo di
dimezzamento di appena 5.730 anni e
che, dunque, può essere usato per datare avvenimenti della storia
dell’uomo.
Il
Carbonio-14
Il
metodo di datazione con il radiocarbonio è stato proposto nel 1945 dal
chimico W. F. Libby che, per
tale scoperta, ha ricevuto il premio Nobel per la chimica nel 1960.
Con
questa sostanza si possono datare reperti in un intervallo tra i 200 e i
60.000 anni. In campioni con età superiore a questo limite, diventa molto
difficile trovare degli atomi di Carbonio radioattivo non ancora decaduti,
rendendo impossibile la datazione.
In
linea di principio, possono essere datati tutti i resti provenienti da
organismi viventi che abbiano cessato di scambiare radiocarbonio con
l’ambiente circostante per il sopraggiungere della loro morte: ossa,
legno, pellame, capelli, inclusi organici nella ceramica (semi,
paglia...), sedimenti organici, carta e papiri, resina etc. Possono essere
inoltre datati materiali anche di natura inorganica che siano stati però
generati da organismi viventi: gusci di conchiglia, gusci d’uovo, etc.
Materiali databili con il carbonio radioattivo
Dal momento della morte, il 14C presente nei tessuti non è più rinnovato e decade con rapidità fissata dalla sua emivita
Il Carbonio è l’elemento di simbolo C, di numero atomico 6 e peso atomico 12,01115 (g/mol) e costituisce il primo elemento del IV gruppo della tavola periodica degli elementi. Gli isotopi stabili sono:
nelle
proporzioni rispettivamente del 98,892% e del 1,108%. Una frazione molto
piccola di anidride carbonica presente nell’atmosfera terrestre contiene
atomi di Carbonio con nucleo costituito da 14C
, invece del normale 12C .
Proprietà degli isotopi del carbonio