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Kernphysikalische Grundlagen und Begriffe

Weiterführende genauere Analysen zeigen ganz genau, dass der Kern selber aus Bestandteilen (Nukleonen) aufgebaut ist. Es handelt sich dabei um Protonen und Neutronen.

Ladung und Masse der Nukleonen

Das Proton ist positiv geladen; es trägt die Elementarladung $+e$. Hingegen ist das Neutron ein elektrisch neutrales Teilchen. Die Einführung folgender Bezeichnungen ist sinnvoll:

Symbol Beschreibung Äquivalente Bedeutung
Z Zahl der Protonen Kernladungszahl/chem.: Ordnungszahl
N Zahl der Neutronen Neutronenzahl
A Nukleonenzahl $A=N+Z$ Massenzahl

Ein Proton und ein Neutron haben ungefähr die gleiche Masse. Daraus folgt, dass die Masse $m$ des Atomkerns durch die Nukleonenzahl/Massenzahl $A$ bestimmt wird.

Gut zu wissen

Vorsicht: Die Masse des Atomkerns ist i. allg. nicht einfach die Summe der Massen der einzelnen Nukleonen. Dies hängt mit der Kernbindungsenergie zusammen, die wir noch besprechen werden. Nur in Fällen, in denen die Kernmasse m nicht genauer als auf 1% angegeben werden kann, lässt sich die einfache Näherung machen.

Atomare Masse

In Näherung gilt also für die Kernmasse $m$ eines Kerns der Massenzahl $A$:

$m=A\cdot u$

Diese Formel lässt sich auch für die atomare Masse (Masse des gesamten Atoms) verwenden, weil die Elektronen im Vergleich zum Atomkern eine vernachlässigbare Masse haben. Es ist also der Kern, der nahezu die gesamte Masse des Atoms trägt.

$u$ ist hierbei die sogenannte atomare Masseneinheit. Man hat in kg umgerechnet folgende Beziehung:

$1 u=1,6605\cdot 10^{-27} kg$

1 u ist der zwölfte Teil der Masse eines Kohlenstoffatoms C 12. Umgekehrt bedeutet dies, dass ein Kohlenstoffatom (C 12) genau 12 u wiegt.

Nuklid & Isotop

Wir definieren und erläutern noch die Begriffe: Nuklid und Isotop.

Merke

Nuklid

Der Begriff Nuklid bezeichnet eine ganz bestimmte Kernart, die durch ihre Ordnungszahl $Z$ und Neutronenzahl $N$ beschrieben wird.

Für Nuklide wird die Notation $^{A}_{Z}X$ benutzt, wobei $X$ das chemische Element bezeichnet.

Beispiel

Sei ein Nuklid mit $Z=2$ und $N=2$ gegeben. Da die chemischen Elemente nach der Ordnungszahl geordnet sind, entnimmt man der Periodentafel, dass es sich um Helium (He) handelt. Die Massenzahl ist $A=Z+N=4$ und folglich die Nukliddarstellung: $^{4}_{2}He$

Es zeigt sich, dass es Nuklide gleicher Anzahl von Protonen (Ordnungszahl $Z$), aber verschiedener Massenzahlen $A$ und damit Neutronenzahlen $N$ gibt. Dies führt uns zum Begriff des Isotops.

Merke

Isotope

Nuklide gleicher Ordnungszahl $Z$, aber unterschiedlicher Massenzahl $A$, heißen Isotope.

Beispiel

Helium beispielsweise weist 4 Isotope auf. Diese sind:

$^{3}_2He$, $^4_2He$, $^6_2He$, $^8_2He$

Multiple-Choice
Ein Kohlenstoffatom kann mit 2 Sauerstoffatomen wie folgt reagieren:
$C + 2O\rightarrow CO_2$
100 u an Kohlenstoff sollen durch diese Reaktion vollständig zersetzt werden.
Wie viel Sauerstoff (in u) wird dafür benötigt?
0/0
Lösen

Hinweis:

Bitte kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. Es können auch mehrere Aussagen richtig oder alle falsch sein. Nur wenn alle richtigen Aussagen angekreuzt und alle falschen Aussagen nicht angekreuzt wurden, ist die Aufgabe erfolgreich gelöst.

Vorstellung des Online-Kurses Atomphysik und KernphysikAtomphysik und Kernphysik
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Atomphysik und Kernphysik

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