Was hält den Atomkern zusammen?
Die Protonen in einem Kern sind alle positiv und stoßen sich deshalb ab. Trotzdem fällt der Kern nicht auseinander, denn die Kernkraft hält Protonen und Neutronen zusammen. Diese Kraft wirkt nur über sehr kurze Entfernungen und ist viel stärker als die elektrische Abstoßung. Neutronen haben keine Ladung. Sie verstärken also nicht die Abstoßung, tragen aber zur Kernkraft bei.
Deshalb ist das Verhältnis von Protonen zu Neutronen wichtig. Bei leichten Elementen liegen die beiden Zahlen nah beieinander: 6 und 6 bei Kohlenstoff-12, 7 und 7 bei Stickstoff-14. Schwere Elemente haben mehr Neutronen: Eisen-56 hat 26 Protonen und 30 Neutronen.
Warum zerfallen Atomkerne?
Ein Kern mit unausgeglichenem Verhältnis ist instabil und zerfällt mit der Zeit.
| Zerfall | Was im Kern passiert | Protonen | Neutronen | Massenzahl |
|---|---|---|---|---|
| β⁻ | Ein Neutron wird zu einem Proton, ein Elektron wird ausgesandt | +1 | −1 | Unverändert |
| β⁺ | Ein Proton wird zu einem Neutron, ein Positron wird ausgesandt | −1 | +1 | Unverändert |
| Protonenemission | Ein Proton verlässt den Kern | −1 | 0 | −1 |
| Neutronenemission | Ein Neutron verlässt den Kern | 0 | −1 | −1 |
Zum Beispiel wird Kohlenstoff-14 durch β⁻-Zerfall zu Stickstoff-14. Seine Halbwertszeit beträgt 5730 Jahre. Deshalb bestimmt man damit das Alter von altem Holz und Knochen. Sauerstoff-15 wird durch β⁺-Zerfall zu Stickstoff-15.
Baue deinen Atomkern in der App Nalukh chem
Füge Protonen und Neutronen hinzu und sieh auf der Karte, ob der Kern stabil ist. Dieser Simulator gehört zum vollen Zugang. Der Download ist kostenlos, und 2 Kapitel und 5 Simulatoren sind ohne Anmeldung freigeschaltet.
Wie benutzt du den Simulator?
- Baue den Kern mit den Buttons + und − in den Reihen Proton und Neutron im unteren Feld. Der Simulator startet bei Kohlenstoff-12. Du kannst bis zu 10 Protonen und bis zu 12 Neutronen einstellen.
- Links siehst du ein Bild des Kerns, den Namen des Elements und die Massenzahl. Bei 0 Protonen steht dort Kein Kern.
- Lies die Anzeige unter dem Bild ab: Stabil, β⁻-Zerfall, β⁺-Zerfall, Protonenemission oder Neutronenemission.
- Sieh dir rechts die Nuklidkarte an. Die waagerechte Achse N ist die Anzahl der Neutronen, die senkrechte Achse Z die Anzahl der Protonen. Dunkelblaue Felder sind stabile Kerne, die anderen Farben zeigen die Art des Zerfalls. Der orange Rahmen markiert deinen Kern.
Aufgaben für den Simulator
- Der Simulator zeigt den Zerfall nicht von selbst, also führst du ihn von Hand aus. Stelle 6 Protonen und 8 Neutronen ein: Das ist Kohlenstoff-14, β⁻-Zerfall. Entferne ein Neutron und füge ein Proton hinzu. Du erhältst Stickstoff-14, und die Anzeige wechselt zu Stabil.
- Stelle 6 Protonen und 5 Neutronen ein: Das ist Kohlenstoff-11, β⁺-Zerfall. Entferne ein Proton und füge ein Neutron hinzu. Du erhältst Bor-11, und die Anzeige wechselt zu Stabil.
- Zähle die dunkelblauen Felder auf der Karte. Die ersten 10 Elemente haben 20 stabile Kerne.
- Ist ein Kern mit gleich vielen Protonen und Neutronen immer stabil? Stelle zur Prüfung 4 Protonen und 4 Neutronen ein. Beryllium-8 ist instabil.
