Door Basil Phillips – Bijgewerkt op 24 maart 2022

De kern van elk atoom bevat protonen, neutronen en elektronen. Hoewel het aantal protonen en elektronen voor een bepaald element constant is, kan het aantal neutronen variëren, waardoor verschillende isotopen ontstaan. Koolstof heeft, net als veel andere elementen, één isotoop die overweldigend vaker voorkomt dan de andere.

Koolstof‑12

Koolstof-12 is de meest voorkomende koolstofisotoop en is verantwoordelijk voor bijna 99% van de natuurlijk voorkomende koolstof op aarde. De kern bestaat uit zes protonen en zes neutronen, wat een totale massa oplevert van precies 12.000 atomaire massa-eenheden (amu). Vanwege deze exacte massa dient koolstof-12 als de internationale referentiestandaard voor alle andere atoommassa's.

Andere natuurlijk voorkomende isotopen

Naast koolstof-12 komen er in de natuur nog twee andere stabiele isotopen voor. Koolstof-13, dat zeven neutronen bevat, vertegenwoordigt ongeveer 1% van de terrestrische koolstof. Koolstof-14, met acht neutronen, is radioactief en aanwezig op een niveau van grofweg twee biljoenste van de natuurlijke koolstof. Wetenschappers hebben ook kortlevende isotopen gesynthetiseerd, variërend van koolstof-8 tot koolstof-22, maar deze onstabiele vormen hebben beperkte praktische toepassingen.

Koolstof‑13

Omdat levende organismen bij voorkeur koolstof-12 opnemen, is de verhouding koolstof-13 tot koolstof-12 in biologische materialen iets lager dan de verhouding in het milieu. Door deze verhouding in ijskernen, boomringen en mariene sedimenten te meten, kunnen wetenschappers de atmosferische kooldioxideconcentraties en de opnamesnelheden in de oceanen afleiden, wat kritische inzichten oplevert in de historische klimaatverandering.

Koolstof‑14

Koolstof-14 is uniek onder de koolstofisotopen omdat het radioactief is. Het vervalt met een halfwaardetijd van 5730 jaar, waarbij bètastraling vrijkomt. Alle levende organismen absorberen koolstof-14 via fotosynthese en ademhaling; wanneer een organisme sterft, vervalt de resterende koolstof-14 in een voorspelbaar tempo. Door de resterende koolstof-14 in oude monsters te meten, kunnen onderzoekers met opmerkelijke precisie de ouderdom van archeologische en geologische materialen bepalen – een methode die bekend staat als radiokoolstofdatering.