Introduzione alla chimica

Obiettivo di apprendimento

  • Calcolare l’età di un campione radioattivo in base all’emivita di un costituente radioattivo

Punti chiave

    • Le tecniche più conosciute per la datazione radioattiva sono la datazione radiofonica e il decadimento radioattivo.vita di un costituente radioattivo

Punti chiave

    • Le tecniche più note per la datazione radioattiva sono la datazione al radiocarbonio, la datazione al potassio-argon e la datazione all’uranio-piombo.
    • Dopo che è trascorsa un’emivita, metà degli atomi del nuclide in questione sarà decaduto in un nuclide “figlio”.
    • In qualsiasi materiale contenente un nuclide radioattivo, la proporzione tra il nuclide originale e i suoi prodotti di decadimento cambia in modo prevedibile man mano che il nuclide originale decade nel tempo.

Termine

  • Datazione radiometricaUna tecnica usata per datare materiali come le rocce, basata sul confronto tra l’abbondanza osservata di un radioisotopo presente in natura e i suoi prodotti di decadimento, utilizzando tassi di decadimento noti.

Datazione radiometrica

La datazione radiometrica, spesso chiamata datazione radioattiva, è una tecnica usata per determinare l’età di materiali come le rocce. Si basa sul confronto tra l’abbondanza osservata di un isotopo radioattivo presente in natura e i suoi prodotti di decadimento, utilizzando tassi di decadimento noti. È la principale fonte di informazioni sull’età assoluta delle rocce e di altre caratteristiche geologiche, compresa l’età della Terra stessa, e può essere usata per datare un’ampia gamma di materiali naturali e artificiali.

Le tecniche di datazione radiometrica più conosciute includono la datazione al radiocarbonio, la datazione all’argon di potassio e quella all’uranio-piombo. Stabilendo le scale temporali geologiche, la datazione radiometrica fornisce una fonte significativa di informazioni sull’età dei fossili e sui tassi di cambiamento evolutivo, e viene anche utilizzata per datare i materiali archeologici, compresi gli antichi manufatti. I diversi metodi di datazione radiometrica sono accurati su diverse scale temporali, e sono utili per materiali diversi.

Decadimento

Dopo che è trascorsa un’emivita, una metà degli atomi del nuclide in questione sarà decaduta in un nuclide “figlia”, o prodotto di decadimento. In molti casi, il nuclide figlio è radioattivo, dando luogo a una catena di decadimento. Questa catena alla fine termina con la formazione di un nuclide figlio stabile e non radioattivo. Ogni passo di tale catena è caratterizzato da un’emivita distinta. In questi casi, l’emivita di interesse nella datazione radiometrica è solitamente la più lunga della catena. Questo tempo di dimezzamento sarà il fattore limitante nella trasformazione finale del nuclide radioattivo nelle sue figlie stabili.

Catena di decadimento del piomboEsempio di una catena di decadimento radioattivo dal piombo-212 (212Pb) al piombo-208 (208Pb). Ogni nuclide genitore decade spontaneamente in un nuclide figlio (il prodotto di decadimento) attraverso un decadimento α o un decadimento β. Il prodotto di decadimento finale, il piombo-208 (208Pb), è stabile e non può più subire un decadimento radioattivo spontaneo.

I sistemi che sono stati sfruttati per la datazione radiometrica hanno emivite che vanno da soli circa 10 anni (ad esempio, il trizio) a oltre 100 miliardi di anni (ad esempio, il samario-147). Tuttavia, in generale, l’emivita di un nuclide dipende esclusivamente dalle sue proprietà nucleari ed è essenzialmente una costante. Pertanto, in qualsiasi materiale contenente un nuclide radioattivo, la proporzione tra il nuclide originale e i suoi prodotti di decadimento cambia in modo prevedibile quando il nuclide originale decade nel tempo. Questa prevedibilità permette di utilizzare le abbondanze relative dei nuclidi correlati come un orologio per misurare il tempo necessario all’atomo padre per decadere nell’atomo o negli atomi figli.

Precisione e contaminazione

Una datazione radiometrica accurata richiede generalmente che:

  • Il genitore abbia un tempo di dimezzamento abbastanza lungo da garantire che sia presente in quantità significative al momento della misurazione.
  • Il tempo di dimezzamento del genitore è accuratamente noto.
  • Si produca una quantità di prodotto derivato sufficiente per essere accuratamente misurata e distinta dalla quantità iniziale della figlia presente nel materiale.

L’espressione matematica che mette in relazione il decadimento radioattivo con il tempo geologico è:

D={D}_{0}+N(t)({e}^{lambda t}-1)

Qui, t è l’età del campione; D è il numero di atomi dell’isotopo figlio nel campione; D0 è il numero di atomi dell’isotopo figlio nella composizione originale; N è il numero di atomi dell’isotopo genitore nel campione al tempo t (il presente), dato da N(t) = Noe-λt; e λ è la costante di decadimento dell’isotopo genitore, uguale all’inverso dell’emivita radioattiva dell’isotopo genitore per il logaritmo naturale di 2.

Esempio

Un campione di 100 g di Cs-137 è lasciato decadere. Calcola la massa di Cs-137 che rimarrà dopo 90 anni. L’emivita del Cs-137 è di 30 anni.

Prima emivita (30 anni): 100 grammi di Cs-137 decadono e ne rimangono 50 grammi.

Seconda emivita (60 anni totali): I rimanenti 50 grammi di Cs-137 decadono e ne rimangono 25 grammi.

Terza emivita (90 anni in totale): I rimanenti 25 grammi di Cs-137 decadono e ne rimangono 12,5 grammi.

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http://en.wiktionary.org/wiki/isochron
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Wikipedia
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