Alcune cose in natura scompaiono a un ritmo più o meno costante, indipendentemente da quanto c'è da cominciare e quanto rimane. Ad esempio, alcuni farmaci, incluso l'alcol etilico, vengono metabolizzati dall'organismo a un numero fisso di grammi all'ora (o qualunque unità sia più conveniente). Se qualcuno ha l'equivalente di cinque bevande nel suo sistema, il corpo impiega cinque volte più tempo per eliminare l'alcool che se avesse una bevanda nel suo sistema.

Molte sostanze, tuttavia, sia biologiche che chimiche , si conformano a un meccanismo diverso: in un determinato periodo di tempo, metà della sostanza scompare in un tempo fisso, indipendentemente da quanto è presente all'inizio. Si dice che tali sostanze abbiano un'emivita
. Gli isotopi radioattivi obbediscono a questo principio e hanno tassi di decadimento molto diversi.

L'utilità di questo sta nel riuscire a calcolare con facilità la quantità di un dato elemento presente al momento della sua formazione in base a quanto è presente al momento della misurazione. Questo perché quando gli elementi radioattivi vengono alla luce per la prima volta, si presume che siano costituiti interamente da un singolo isotopo.

Poiché il decadimento radioattivo si verifica nel tempo, sempre più di questi "decadimenti" più comuni di isotopi convertito) in un diverso isotopo o isotopi; questi prodotti di decomposizione sono appropriatamente chiamati isotopi figlie
.
Una definizione di emivita del gelato

Immagina di goderti un certo tipo di gelato aromatizzato con gocce di cioccolato. Hai un compagno di stanza subdolo, ma non particolarmente intelligente, a cui non piace il gelato in sé, ma non può resistere a scegliere di mangiare le patatine - e nel tentativo di evitare il rilevamento, sostituisce ognuno che consuma con un'uvetta. >

Ha paura di farlo con tutte le gocce di cioccolato, quindi invece, ogni giorno, passa metà del numero di gocce di cioccolato rimanenti e mette l'uvetta al loro posto, senza mai completare completamente la sua diabolica trasformazione del tuo dessert, ma sempre più vicino.

Dì a un secondo amico che è a conoscenza di questo accordo di visitare e nota che il tuo cartone di gelato contiene 70 uvette e 10 gocce di cioccolato. Dichiara "Immagino che tu sia andata a fare shopping tre giorni fa". Come fa a saperlo?

È semplice: devi aver iniziato con un totale di 80 patatine, perché ora hai 70 + 10 \u003d 80 additivi totali per il tuo gelato. Poiché il tuo compagno di stanza mangia metà delle fiches in un dato giorno, e non un numero fisso, il cartone deve contenere 20 fiche il giorno prima, 40 il giorno prima e 80 il giorno prima.

Calcoli coinvolgere isotopi radioattivi sono più formali ma seguono lo stesso principio di base: se conosci l'emivita dell'elemento radioattivo e puoi misurare la quantità di ciascun isotopo presente, puoi capire l'età del fossile, della roccia o di un'altra entità viene da.
Equazioni chiave nell'incontri radiometrico

Si dice che gli elementi con emivita obbediscano a un processo di decadimento del primo ordine. Hanno quella che è nota come costante di frequenza, generalmente indicata con k. La relazione tra il numero di atomi presenti all'inizio (N _{0), il numero presente al momento della misurazione N il tempo trascorso t e la costante di frequenza k possono essere scritti in due modi matematicamente equivalenti:}

N \u003d N _{0e ^−kt}

o

ln [N /N _{0] \u003d −kt}

Inoltre, potresti voler conoscere l'attività
A di un campione, generalmente misurata in disintegrazioni al secondo o in dps. Questo è espresso semplicemente come:

A \u003d kt

Non hai bisogno di sapere come derivano queste equazioni, ma dovresti essere pronto a usarle, quindi risolvi i problemi che coinvolgono isotopi radioattivi.
Usi della datazione radiometrica

Gli scienziati interessati a capire l'età di un fossile o di una roccia analizzano un campione per determinare il rapporto tra l'isotopo (o gli isotopi figlia di un dato elemento radioattivo) e l'isotopo genitore in quel campione. Matematicamente, dalle equazioni precedenti, questo è N /N _{0. Con il tasso di decadimento dell'elemento, e quindi la sua emivita, noto in anticipo, il calcolo della sua età è semplice.}

Il trucco è sapere quale dei vari isotopi radioattivi comuni cercare. Questo a sua volta dipende dall'età approssimativa prevista dell'oggetto perché gli elementi radioattivi decadono a velocità enormemente diverse.

Inoltre, non tutti gli oggetti da datare avranno ciascuno degli elementi comunemente usati; puoi datare gli articoli con una data tecnica di datazione solo se includono il composto oi composti necessari.
Esempi di datazione radiometrica

Datazione al piombo-uranio (U-Pb): l'uranio radioattivo si presenta in due forme, l'uranio -238 e uranio-235. Il numero si riferisce al numero di protoni più neutroni. Il numero atomico dell'uranio è 92, corrispondente al suo numero di protoni. che decadono rispettivamente in piombo-206 e piombo-207.

L'emivita di uranio-238 è di 4,47 miliardi di anni, mentre quella di uranio-235 è di 704 milioni di anni. Poiché questi differiscono di un fattore quasi sette (ricorda che un miliardo è 1.000 volte un milione), si rivela un "controllo" per assicurarsi che stai calcolando correttamente l'età della roccia o del fossile, rendendolo tra i radiometrici più precisi metodi di datazione.

Le lunghe emivite rendono questa tecnica di datazione adatta a materiali particolarmente vecchi, da circa 1 milione a 4,5 miliardi di anni.

La datazione U-Pb è complessa a causa dei due isotopi in gioco, ma questa proprietà è anche ciò che lo rende così preciso. Il metodo è anche tecnicamente impegnativo perché il piombo può "fuoriuscire" da molti tipi di rocce, a volte rendendo i calcoli difficili o impossibili.

La datazione U-Pb è spesso usata per datare rocce ignee (vulcaniche), che possono essere difficili da fare a causa della mancanza di fossili; rocce metamorfiche; e rocce molto vecchie. Tutti questi sono difficili da datare con gli altri metodi qui descritti.

Datazione al rubidio-stronzio (Rb-Sr): il rubidio radioattivo-87 decade in stronzio-87 con un'emivita di 48,8 miliardi di anni. Non sorprende che la datazione Ru-Sr sia usata per datare rocce molto vecchie (vecchie quanto la Terra, infatti, poiché la Terra ha "solo" circa 4,6 miliardi di anni).

Lo stronzio esiste in altre stalle ( cioè, non incline al decadimento) degli isotopi, compreso lo stronzio-86, -88 e -84, in quantità stabili in altri organismi naturali, rocce e così via. Ma poiché il rubidio-87 è abbondante nella crosta terrestre, la concentrazione di stronzio-87 è molto più elevata di quella degli altri isotopi dello stronzio.

Gli scienziati possono quindi confrontare il rapporto tra lo stronzio-87 e il totale quantità di isotopi di stronzio stabili per calcolare il livello di decadimento che produce la concentrazione rilevata di stronzio-87.

Questa tecnica viene spesso utilizzata per datare rocce ignee e rocce molto vecchie.

Argon di potassio Datazione (K-Ar): l'isotopo radioattivo del potassio è K-40, che decade in calcio (Ca) e argon (Ar) in un rapporto tra l'88,8% di calcio e l'11,2% di argon-40.

Argon è un gas nobile, il che significa che non è reattivo e non farebbe parte della formazione iniziale di rocce o fossili. Qualsiasi argon trovato in rocce o fossili deve quindi essere il risultato di questo tipo di decadimento radioattivo.

L'emivita del potassio è di 1,25 miliardi di anni, rendendo questa tecnica utile per datare campioni di rocce che vanno da circa 100.000 anni fa (durante l'età dei primi esseri umani) a circa 4,3 miliardi di anni fa. Il potassio è molto abbondante sulla Terra, rendendolo ottimo per la datazione perché si trova in alcuni livelli nella maggior parte dei campioni. È buono per la datazione di rocce ignee (rocce vulcaniche).

Datazione al carbonio-14 (C-14): il carbonio-14 entra negli organismi dall'atmosfera. Quando l'organismo muore, non più isotopo del carbonio-14 può entrare nell'organismo e inizierà a decadere a partire da quel punto.

Il carbonio-14 decade in azoto-14 nell'emivita più breve di tutti i metodi (5.730 anni), che lo rende perfetto per la datazione di fossili nuovi o recenti. È principalmente usato solo per materiali organici, cioè fossili di animali e piante. Il carbonio-14 non può essere utilizzato per campioni di età superiore a 60.000 anni.

In qualsiasi momento, i tessuti degli organismi viventi hanno tutti lo stesso rapporto tra carbonio-12 e carbonio-14. Quando un organismo muore, come notato, smette di incorporare nuovo carbonio nei suoi tessuti, e quindi il successivo decadimento di carbonio-14 a azoto-14 altera il rapporto tra carbonio-12 e carbonio-14. Confrontando il rapporto tra carbonio-12 e carbonio-14 nella materia morta con il rapporto in cui quell'organismo era vivo, gli scienziati possono stimare la data della morte dell'organismo.