101 30 Die Bausteine des Universums Die rund 120 Elemente im Periodensystem kommen in verschiedenen Varianten mit unterschiedlich vielen Neutronen vor. In B 30.14 siehst du das am Beispiel des Wasserstoffs. Es gibt ihn in der „normalen“ Ausführung, aber auch mit einem oder zwei zusätzlichen Neutronen. Man nennt diese Varianten Isotope. Damit man weiß, welches Isotop gemeint ist, schreibt man entweder die Anzahl der Kernbausteine und der Protonen dazu, bei Tritium also zum Beispiel 3 1 H. Oder man schreibt nur die Kernbausteine hinten dran, in diesem Fall H-3 – reine Geschmackssache! B 30.14 Die Kerne der drei häufigsten Wasserstoffisotope Die Bezeichnung TOP bei Wohnungen leitet sich vom griechischen Wort „Topos“ ab, was so viel wie Ort bedeutet ( A 6 ). Das griechischen Wort „isos“ bedeutet gleich. Isotop bedeutet also gleicher Ort. Alle Isotope eines Elements haben nämlich gleich viele Protonen und Elektronen und befinden sich im Periodensystem am selben Ort. Du kannst dir das wie Schubladen vorstellen, in denen sich die Isotope eines Elements befinden (B 30.15). Die drei Wasserstoffisotope wären zum Beispiel in der Lade ganz links oben. 1 H oder H-1 1 2 H oder H-2 1 3 H oder H-3 1 normaler Wassersto schwerer Wassersto = Deuterium überschwerer Wassersto = Tritium B 30.15 Die Isotope eines Elements befinden sich bildlich gesehen in Schubladen des Periodensystems. Kommen wir zu den Atomkernen. Gleichnamige Ladungen stoßen einander ab. Zwei Protonen im Atomkern stoßen sich mit rund 100 N ab (B 30.12 a). Bam! Nicht einmal ein Erwachsener kann Daumen und Zeigefinger so stark zusammendrücken, um gegen diese Kraft anzukämpfen (b). Das würde in A 5 einem Kübel mit 10 Litern Wasser entsprechen. Wie viele Liter hast du geschafft? Wenn sich die Protonen so stark abstoßen, warum fliegen uns dann nicht die Atomkerne um die Ohren ( A 4 )? Weil es noch eine weitere Kraft gibt, die größer ist und anziehend wirkt, nämlich die Kernkraft. Die zwei Protonen werden durch diese Kernkraft rund 100-mal so stark angezogen, wie sie durch die elektrische Kraft abgestoßen werden. Trotzdem sind zwei Protonen alleine nicht sehr stabil. Und hier kommen die Neutronen ins Spiel! Weil sie elektrisch neutral sind, erzeugen sie keine abstoßende Kraft, ziehen aber mit ihrer Kernkraft alle benachbarten Kernteilchen an (B 30.12 c). Neutronen wirken dadurch wie eine Art Klebstoff, der die Atomkerne zusammenhält! B 30.12 a) Elektrische Abstoßung zweier Protonen; b) Würde nur diese Kraft wirken, könnte niemand zwei Protonen mit den Fingern zusammenhalten; c) Die Kernkraft (blau) wirkt zwischen allen Kernteilchen und hält die Kerne zusammen. Die elektrische Kraft sinkt mit der Entfernung, reicht aber trotzdem unendlich weit. Jedes Proton im Kern wird daher von allen anderen Protonen abgestoßen. Die Kernkraft reicht aber nur bis zum benachbarten Kernteilchen. Je größer der Kern, desto größer die Abstoßung. Deshalb müssen Atomkerne mit zunehmender Größe mehr zusätzliche Neutronen besitzen (B 30.13), die die Abstoßung ausgleichen. Trotzdem können sie diese nicht vollständig wettmachen. Das macht schwere Kerne instabil. B 30.13 Uran-238 hat die Ordnungszahl 92. Es hat 92 Protonen und 146 Neutronen, also einen Überschuss von 54 Neutronen. Trotzdem ist es instabil. a 100 N b c U 238 92 Kurz zusammengefasst Die Elemente im Periodensystem sind entweder mit dem Urknall entstanden, wurden von Sternen produziert oder sind im Labor erzeugt worden. Die Kernkraft hält die Atomkerne zusammen. Neutronen wirken wie ein zusätzlicher Klebstoff. Alle Isotope eines Stoffes haben gleiche chemische Eigenschaften, aber unterschiedlich viele Neutronen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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