Czas T połowicznego rozpadu izotopu promieniotwórczego to czas, po którym liczba jąder danego izotopu (a zatem i masa tego izotopu) zmniejsza się o połowę - tzn. połowa jąder danego izotopu przemienia się w inne jądra. Liczba jąder N(t) izotopu promieniotwórczego pozostających w próbce po czasie t, licząc od chwili t₀ = 0, wyraża się zależnością wykładniczą: N(t)=N₀(1/2)^(t/T) gdzie N₀ jest liczbą jąder izotopu promieniotwórczego w chwili początkowej t₀ = 0. Czas połowicznego rozpadu węgla ¹⁴C to około 5700 lat. Naukowcy oszacowali za pomocą datowania radiowęglowego, że masa izotopu węgla ¹⁴C w pewnym organicznym znalezisku archeologicznym stanowi 1/16 masy tego izotopu, jaka utrzymywała się podczas życia organizmu. Oblicz, ile lat (w zaokrągleniu do setek) upłynęło od śmierci tego organizmu.
Rozwiązanie krok po kroku
Zgodne z metodyką CKEDo tego zadania przygotowaliśmy rozwiązanie krok po kroku wraz z filmem z omówieniem: każde przekształcenie z uzasadnieniem, punktacja zgodna z zasadami oceniania CKE i odpowiedź końcowa.
Prawidłowa odpowiedź: 22 800 lat
Oznaczmy przez m₀ początkową masę izotopu ¹⁴C w organizmie (w momencie jego śmierci), a przez m(t) masę tego izotopu po upływie t lat.
## Wzór na rozpad radioaktywny
Masa izotopu maleje zgodnie ze wzorem: m(t) = m₀ · (1/2)^(t/T)
gdzie T = 5700 lat to czas połowicznego rozpadu.
## Podstawienie danych
Z treści zadania wiemy, że aktualna masa izotopu stanowi 1/16 masy początkowej: m(t) = 1/16 m₀
Podstawiamy do wzoru: 1/16 m₀ = m₀ · (1/2)^(t/5700)
## Rozwiązanie równania
Dzielimy obie strony przez m₀: 1/16 = (1/2)^(t/5700)
Zauważamy, że 1/16 = 1/2⁴ = (1/2)⁴, więc: (1/2)⁴ = (1/2)^(t/5700)
Ponieważ podstawy są równe, wykładniki muszą być równe: 4 = t/5700
Mnożymy obie strony przez 5700: t = 4 · 5700 = 22 800 lat
## Odpowiedź
Znalezisko archeologiczne ma 22 800 lat.
Interpretacja: Minęły cztery okresy połowicznego rozpadu, więc masa izotopu zmniejszyła się: m₀ → m₀/2 → m₀/4 → m₀/8 → m₀/16
Logarytmy: Definicja logarytmu, wzory na logarytm iloczynu, ilorazu i potęgi oraz typowe równania logarytmiczne z arkuszy CKE.