O carbono-14, C14 ou radiocarbono é
um isótopo radioativo natural do elemento carbono, recebendo esta
numeração porque apresenta número de massa 14 (6 prótons e 8 nêutrons).
Este isótopo apresenta dois
nêutrons a mais no seu núcleo que o isótopo estável carbono-12. Entre os
cinco isótopos instáveis do carbono, o carbono-14 é aquele que apresenta a
maior meia-vida, que é de aproximadamente 5.730 anos.
Forma-se nas camadas
superiores da atmosfera onde os átomos de nitrogênio-14 são bombardeados
por nêutrons contidos nos raios cósmicos:
7N14 + 0n1 → 6C14 + 1H1
Reagindo com o oxigênio do
ar forma dióxido de carbono ( C14O2 ), cuja
quantidade permanece constante na atmosfera. Este C14O2 ,
juntamente com o C12O2 normal, é absorvido pelos
animais e vegetais sendo, através de mecanismos metabólicos, incorporados
a estrutura destes organismos.
Enquanto o animal ou
vegetal permanecer vivo a relação quantitativa entre o carbono-14 e o
carbono-12 permanece constante. A partir da morte do ser vivo, a quantidade de
C-14 existente em um tecido orgânico se dividirá pela metade a cada 5.730 anos.
Cerca de 50 mil anos depois, esta quantidade começa a ser pequena demais para
uma datação precisa.
Quando o ser vivo morre
inicia-se uma diminuição da quantidade de carbono-14 devido a sua desintegração
radioativa. No carbono-14 um nêutron do núcleo se desintegra produzindo um próton (que
permanece no núcleo aumentando o número atômico de 6 para 7) com emissão
de uma partícula beta (elétron nuclear). O resultado da desintegração do
nêutron nuclear do carbono-14 origina como produto o átomo de nitrogênio-14:
6C14 → 7N14 + -1β0
Como essa desintegração
ocorre num período de meia-vida de 5.730 anos é possível fazer a datação radiométrica de
objetos ou materiais arqueológicos com idades dentro desta ordem de
grandeza.
O método, por isso, não é
adequado à datação de fósseis que têm idades na casa dos milhões de anos e
que são datados por métodos estratigráficos e por decaimento de outros
elementos radioativos.
Datações
por Carbono 14
A técnica de datação por carbono-14 foi descoberta nos
anos quarenta por Willard Libby. Ele percebeu que a quantidade de
carbono-14 dos tecidos orgânicos mortos diminui a um ritmo constante com o
passar do tempo. Assim, a medição dos valores de carbono-14 em um objeto antigo
nos dá pistas muito exatas dos anos decorridos desde sua morte.
Esta
técnica é aplicável à madeira, carbono, sedimentos orgânicos, ossos, conchas
marinhas - ou seja, todo material que conteve carbono em alguma de suas formas,
e o absorveu, mesmo que indiretamente, como pela alimentação com organismos
fotossintetizantes, da atmosfera.
Como o exame se baseia na determinação de idade
através da quantidade de carbono-14 e que está diminui com o passar do tempo,
ele só pode ser usado para datar amostras que tenham até cerca de 50 mil a 70
mil anos de idade.
Este
limite de valor é dado pelos limites práticos da sensibilidade dos métodos
analíticos, que para quantidades extremamente pequenas do elemento a detectar,
passam a tornar a determinação pouquíssimo confiável ou mesmo impossível.
Radioatividade do Carbono 14
Libby, que era químico, utilizou em 1947 um
contador Geiger para medir a radioatividade do C-14 existente em vários
objetos. Este é um isótopo radioativo instável, que decai a um ritmo
perfeitamente mensurável a partir da morte de um organismo vivo.
Libby usou objetos de idade conhecida (respaldada por
documentos históricos), e comparou está com os resultados de sua radiodatação.
Os diferentes testes realizados demonstraram a viabilidade do método até cerca
de 70 mil anos.
Depois
de uma extração, o objeto a datar deve ser protegido de qualquer contaminação
que possa mascarar os resultados. Feito isto, se leva ao laboratório onde se
contará o número de radiações beta produzidas por minuto e por grama de
material. O máximo são 15 radiações beta, cifra que se dividirá por dois por
cada período de 5.730 anos de idade da amostra.
Em combustíveis fósseis
Muitos compostos químicos
feitos pelo homem são feitos de combustíveis fósseis, tais como o petróleo ou
carvão mineral, na qual o carbono 14 deveria ter decaído significativamente ao
longo do tempo.
Entretanto, tais depósitos
frequentemente contém traços de carbono 14 (variando significativamente, mas
numa faixa de 1% da razão encontrada em organismos vivos em quantidades
comparáveis a uma aparente idade de 40 mil anos para óleos com os mais altos
níveis de carbono 14).
Isto pode indicar possível
contaminação por pequenas quantidades de bactérias, fontes subterrâneas de
radiação (tais como o decaimento de urânio, através de taxas de 14C/U
medidas em minérios de urânio que implicariam aproximadamente em um átomo
de urânio para cada dois átomos de urânio de maneira a causar a taxa medida de
10−15 14C/12C), ou outras fontes
secundárias desconhecidas de produção de carbono 14.
A presença de carbono 14 na
assinatura isotópica de uma amostra de material carbonáceo possivelmente
indica sua contaminação por fontes biogênicas ou o decaimento de material
radioativo no estrato geológico circundante.
No corpo humano
Dado que essencialmente
todas as fontes de alimentação humana são derivadas das plantas, o carbono que
compõe nossos corpos contém carbono 14 na mesma concentração da atmosfera.
Os decaimentos beta de
nosso radiocarbono interno contribui com aproximadamente 0,01 mSy/ano (1
mrem/ano) para cada dose pessoal de radiação ionizante. Isto é
pequeno comparado à doses de potássio 40 (0,39 mSv/ano) e radônio.
O carbono 14 pode ser usado
como um traçador radioativo em medicina. Na variante inicial do teste respiratório
com ureia, um teste diagnóstico para Helicobacter pylori, ureia
etiquetada (marcada) com aproximadamente e 37 kBg (1,0 uCi) de carbono 14
é fornecida ao paciente.
No caso de uma infecção
por H. pylori, a enzima urease bacteriana quebrará a ureia em
amônia e dióxido de carbono marcado radioativamente, o qual pode ser
detectado por contagem de baixo nível na respiração do paciente. O teste
respiratório de ureia com C14 tem sido grandemente substituído pelo teste
respiratório de ureia com C13 o qual não apresenta questões relacionadas à
radiação.
No corpo animal
O carbono-14 pode
combinar-se com o oxigênio do ar e formar gás carbônico, que se incorpora aos
vegetais na fotossíntese e, indiretamente, aos animais pela cadeia alimentar.
Todos os seres vivos possuem uma pequena taxa de isótopos radioativos do
carbono.
Quando o organismo morre,
ele para de absorver esse isótopo, que se desintegra do cadáver lentamente e
forma nitrogênio. A cada 5.730 anos, a taxa de carbono radioativo cai pela
metade. Dessa forma, a medida da radioatividade causada pelo carbono radioativo
fornece a idade aproximada do organismo.