Messen im Labor

1. Messen im Labor Einführung Schwefel Phosphor Stickstoff Kohlenstoff Alkalielemente Erdalkalielemente Korngröße

2. Stellung von Kohlenstoff unter den Elementen Messen im Labor Einführung Schwefel Phosphor Stickstoff Kohlenstoff Alkalielemente Erdalkalielemente Korngröße

3. Stellung von Kohlenstoff unter den Elementen Messen im Labor Einordnung • 1tes Element der IVten Hauptgruppe • Name abgeleitet vom lateinischen „carbo“ = Kohle • 12C-Isotop = Bezugsgröße der Atommassenskala, 1 mol 12C = 12 g Einführung Schwefel Phosphor Stickstoff Kohlenstoff Alkalielemente Erdalkalielemente Korngröße Eigenschaften • rA = 12,011 Isotope: 12C (98,89%), 13C (1,11%) und 14C (10-10%) • Halbwertzeit = 5736 Jahre

4. Messen im Labor • Entstehung von 14C [Bearbeiten] • 14C wird ständig durch Kernreaktionen in den oberen Schichten der Erdatmosphäre neu gebildet. Wenn die kosmische Strahlung auf Atome der Atmosphäre trifft, werden durch SpallationNeutronen freigesetzt. Trifft ein solches einen Kern des Stickstoff-Isotops14N, so kann die Kernreaktion14N(n,p)14C erfolgen, in der dieses Neutron eingefangen und dafür ein Proton abgespalten wird. Dadurch entsteht aus dem 14N-Kern ein 14C-Kern: • Zerfall von 14C [Bearbeiten] • Während 12C und 13C stabil sind, zerfällt 14C mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren durch β−-Zerfall zu 14N-Kernen: • Kohlenstoffkreislauf [Bearbeiten] • Der in der Atmosphäre erzeugte Radiokohlenstoff verbindet sich mit vorhandenem Sauerstoff zu Kohlendioxid. Durch die Photosynthese der Pflanzen gelangt 14C so anschließend in die Biosphäre. Da Lebewesen bei ihrem Stoffwechsel ständig Kohlenstoff mit der Atmosphäre austauschen, stellt sich in lebenden Organismen dasselbe Verteilungsverhältnis der drei Kohlenstoff-Isotope ein, wie es in der Atmosphäre vorliegt. • Wird Kohlenstoff aus diesem Kreislauf herausgenommen (das heißt: wird er fossil), dann ändert sich das Verhältnis zwischen 14C und 12C, weil die zerfallenden 14C-Kerne nicht durch neue ersetzt werden. Es gilt das Zerfallsgesetz: • Der hierfür entscheidende Zeitpunkt ist das Ende des Stoffaustauschs mit der Atmosphäre, also der Tod des Lebewesens. So ist das Verhältnis zwischen 14C und 12C eines organischen Materials ein Maß für die Zeit, die seit dem Tod eines Lebewesens – beispielsweise dem Fällen eines Baums und Verwendung dessen Holzes – vergangen ist. Mithin ist es ein Maß für das Alter des Materials. Auch in nicht-organische Stoffe kann biogener Kohlenstoff und damit Radiokohlenstoff gelangen, beispielsweise in geschmolzene Metalle oder mit anderen thermischen Verfahren gewonnene Werkstoffe. Das 14C-Alter zeigt dann den Zeitpunkt der Herstellung an, evtl. zuzüglich des Alters des verwendeten organischen Kohlenstoffs. • Die Radiokohlenstoffdatierung ist somit die Messung des Verhältnisses der Mengen der Kohlenstoff-Isotope 14C zu 12C einer Probe sowie eines Standards, der das Verhältnis zu Beginn des Alterungsprozesses repräsentiert. Der 14C-Gehalt einer Probe kann entweder durch Zählung der zerfallenden 14C-Kerne im Zählrohr, im Flüssigkeits-Szintillations-Spektrometer oder durch Zählung der noch vorhandenen 14C-Kerne mit der Beschleuniger-Massenspektrometrie bestimmt werden. Letztere Methode benötigt weniger Material als die ersten beiden, ist dafür aber aufwändiger und teurer. Einführung Schwefel Phosphor Stickstoff Kohlenstoff Alkalielemente Erdalkalielemente Korngröße

5. Stellung von Kohlenstoff unter den Elementen Messen im Labor Einordnung • 1tes Element der IVten Hauptgruppe • Name abgeleitet vom lateinischen „carbo“ = Kohle • 12C-Isotop = Bezugsgröße der Atommassenskala, 1 mol 12C = 12 g Einführung Schwefel Phosphor Stickstoff Kohlenstoff Alkalielemente Erdalkalielemente Korngröße Eigenschaften • rA = 12,011 Isotope: 12C (98,89%), 13C (1,11%) und 14C (10-10%) • Halbwertzeit = 5736 Jahre • Nichtmetall, geruch- und geschmacklos • reduziert bei hohen Temperaturen die meisten Oxide • 2 Modifikationen: Graphit und Diamant

6. Vorkommen und Bewegung von Kohlenstoff in der Natur Messen im Labor 13. Stelle der Elementehäufigkeit: Lithosphäre > 20 000 000 mrd t Carbonate 20 000 000 mrd t Hydrosphäre 36 000 mrd t Biosphäre 500 mrd t Boden 300 mrd t Torf 500 mrd t fossile Brennstoffe 3 000 000 mrd t Sonnenenergie Kohlendioxid + Wasser = Zucker + Sauerstoff Einführung Schwefel Phosphor Stickstoff Kohlenstoff Alkalielemente Erdalkalielemente Korngröße Reduktion von Kohlenstoff Zucker + Sauerstoff = Kohlendioxid + Wasser Bewegung in der Biosphäre 1 Bewegung in der Biosphäre 2 Oxidation von Kohlenstoff

7. Bestimmung von organischer Substanz und Carbonat Messen im Labor Glühverlust • volumometrisch mittels Scheibler-Apparatur • 1 mol = 6,02214179 x 1023 Teilchen = Avogadro-Konstante • als ideales Gas (273,15 K und 101325 Pa) = V von 22,414 l • Volumen? => Teilchenzahl => Masse Einführung Schwefel Phosphor Stickstoff Kohlenstoff Alkalielemente Erdalkalielemente Korngröße