2.2.1 Atommodelle 

               Index ACH 

2.2.5  Nomenklatur (Benennungsdefinition) und Eigenschaften des Atomkerns 

 
Nuklid Atomspezies aus Protonen, Neutronen u. Elektronen
Nukleonen Kernspezies (Protonen und Neutronen)
Chemisches Element Nuklide mit gleicher Protonenzahl
Ordnungszahl Z Protonenzahl im Atom
Massenzahl A Summe der Nukleonen
Isotope Elemente mit unterschiedlicher Massezahl A
Isobare Nuklide mit gleicher Massezahl A aber unterschiedlicher Ordnungszahl Z

  Beispielaufgaben  

          

    Übungen   

Isotope

Schreibweise für Isotope: ;               X = Elementsymbol
Beispiele:    Wasserstoff      Deuterium (schwerer Wasserstoff)
                     Tritium (überschwerer Wasserstoff radioaktiv)
                    Chlorisotop der Massenzahl 35;     Chlorisotop der Massezahl 37
                    Kohlenstoffisotop der Massezahl 12, Bezug der atomaren Masseeinheit
                    Kohlenstoff der Massenzahl 14 (radioaktiv)

Die Ordnungszahl Z kann weggelassen werden, da sie durch das Elementsymbol festgelegt ist.

Definition: relative Atommasse     ; 
                    relative Molekülmasse    
(Anstelle der Bezeichnung "relative Atommasse" gestattet die IUPAC die Bezeichnung "Atomgewicht")

Die meisten natürlichen Elemente sind Gemische verschiedener Isotope, die sich chemisch identisch verhalten. Die Isotopenzusammensetzung ist an jeder Stelle der Erde für ein Element nahezu gleich.

Reinelemente (aus 1 Isotop) sind z.B. Natrium, Beryllium, Fluor.

Isotope lassen sich mit dem Massenspektrometer (nach Aston vgl. Abb./ Bild) identifizieren und analysieren.

Neben den natürlichen, zumeist stabilen Isotopen eines Elementes lassen sich durch Kernreaktionen (Physik) von den meisten Elementen instabile radioaktive Isotope herstellen oder sind in Spuren in der Natur vorhanden.

Massenspektrometer:

(Ionisierungskammer im Hochvakuum (10-4 Pa))

 



Detektor


Massenspektrogramm von Nickel (ANi = 58,69)

 

Elektronen, Protonen, a -Teilchen und Isotope der leichteren Elemente

Ordnungs-   zahl   Z Symbol Element Massenzahl Masse
in u
ideale Häufigkeit Halbwertszeit Strahlung
0
0

e-
n

Elektron
Neutron
0
1
0,0005486
1,008665
-
-
-
-
-
-
1
1
1
1
1H+
1H
2H
3T
Proton
Wasserstoff
Deuterium
Tritium
1
1
2
3
1,007276
1,007825
2,014102
3,014949
-
99,985
0,015
-
-
-
-
12,26 a
-
-
-
e-
2

4He2+
3He
4He
5He
6He
7He

a-Teilchen
Helium



4
3
4
5
6
7
4,001507
3,016030
4,002604
5,012296
6,018900
-
-
0,00013
99,9998
-
-
-
-
-
-
2·10-21 s
0,81 s
-
a
-
-
n, a
e-
e-

3

5Li
6Li
7Li
8L
9Li
Lithium

5
6
7
8
9

5,012541
6,015126
7,016005
8,022488
9,027300
-
7,42
92,58
-
-
ca.10-21s
-
-
0,85 s
0,17 s
p, a
-
-
e-
e-

4

6Be
7Be
8Be
9Be
10Be
11Be
Beryllium

6
7
8
9
10
11

6,019780
7,016931
8,005308
9,012186
10,013535
11,021660
-
-
-
100
-
-
4·10-21s
53 d
3·10-16s
-
2,7·106 a
13,6 s

g
a

-
e-
e-, g

5

8B
9B
10B
11B
12B
13
Bor

8
9
10
11
12
13

8,024612
9,013335
10,012939
11,009305
12,014353
13,017779
-
-
19,6
80,4
-
-
0,78 s
-
-
-
0,020 s
0,035 s
e+
p, a
-
-
e-, g
e-

6

10C
11
12C
13
14C
15C
16C
Kohlenstoff

10
11
12
13
14
15
16

10,016830
11,011433
12,000000
13,003354
14,003242
15,010600
16,014702
-
-
98,89
1,11
-
-
-
19 s
20,5 min
-
-
5760 a
2,25 s
0,74 s
e+, g
e+
-
-
e-
e-, g
e-

7

12N
13N
14N
15N
16N
17N
Stickstoff

12
13
14
15
16
17

12,018709
13,005739
14,003074
15,000108
16,006089
17,008449
-
-
99,63
0,37
-
-
0,011 s
10,0 min
-
-
7,35 s
4,14 s
e+
e+
-
-
e-, g
e-

Massendefekt

Die Summe der Massen aller Elementarteilchen eines Atoms ist verschieden von der effektiven Atommasse. Die Differenz wird als Massendefekt bezeichnet.

Beispiel:  m(35Cl)    = 17·(1,007277 u + 0,0005486 u) + 18·1,008665 u
                               = 35,28901 u   (Protonen, Elektronen, Neutronen)
   -      m(35Cl)eff     = 34,96885 u
--------------------------------------------------------------------------------------------
                               = 0,32016 u    (Massendefekt).

Nach E = m * c2 lässt sich aus dem Massendefekt die Bindungsenergie der Kernbausteine berechnen:

E = 0,32016·1,66056 × 10-27 kg × 9 × 1016 m2s-2

E = 4,78 × 10-11 J pro Chloratom        oder       
E = 1,37 × 10-12 J pro Nukleon des Chlors (1/35 von 35Cl).

Mit 1,60219 × 10-19 J = 1 eV  ist die Kernbindungsenergie 8,5 MeV pro Nukleon des Chlor-35.

Die Kernbindungsenergie in 1 g 35Cl beträgt 229.000 kWh !!

   Spiel   

Stabilitätskurve für Nukleonen

Neutronenzahl  A-Z

Neutronen / Protonen-
Verhältnis

  für 1H

            = 1 für 4He

            = 1,59 für 238U

 Z

Protonenzahl Z

Die Struktur der Atomkerne beschreiben zwei Modelle: Das "Tropfenmodell" und das "Schalenmodell". Nach dem Letzteren sollen Atome mit Z ab 114 an Stabilität wieder zunehmen.

   2.3 Radioaktivität 

© Prof. Dr. M. Häberlein in FH Frankfurt a. M., Fachbereich 2: Informatik und Ingenieurwissenschaften