Kennzeichnende Größen
Die Nuklid-Schreibweise
Ein Nuklid ist durch seine Protonen- und Neutronenzahl festgelegt — kompakt notiert in der Nuklid-Schreibweise (bekannt aus Klasse 10).
Nuklid-Schreibweise:
\({}^{A}_{Z}\mathrm{X}\qquad\text{mit}\qquad A = Z + N\)
Begriffe: \(Z\) legt das Element fest; die Neutronenzahl berechnet man mit \(N=A-Z\).
Isotope, Isobare, Isotone: Isotope haben gleiches \(Z\), Isobare gleiches \(A\), Isotone gleiches \(N\). Isotope sind chemisch gleich, aber physikalisch verschieden (Masse, Stabilität).
Masse: \(1\,u\) ist \(\tfrac{1}{12}\) der Masse eines \({}^{12}\mathrm{C}\)-Atoms. Ein Kern ist leichter als die Summe seiner Nukleonen (Massendefekt); die fehlende Masse steckt als Bindungsenergie im Kern.
- Ordnungszahl (Kernladungszahl) \(Z\):Anzahl der Protonen. \(Z\) legt fest, um welches Element es sich handelt — \(Z=6\) ist immer Kohlenstoff, \(Z=92\) immer Uran.
- Neutronenzahl \(N\):Anzahl der Neutronen. Sie steht nicht in der Schreibweise — du berechnest sie: \(N = A - Z\).
- Massenzahl (Nukleonenzahl) \(A\):Anzahl aller Kernbausteine, also \(A = Z + N\).
- Kurzform:das Symbol legt \(Z\) schon fest, daher oft nur \({}^{238}\mathrm{U}\) oder einfach „Uran-238“.
Isotope, Isobare, Isotone
- Isotope:gleiches \(Z\), verschiedenes \(N\) — dasselbe Element.
- Chemie:hängt nur von der Hülle, also von \(Z\) ab → Isotope sind chemisch gleich, physikalisch verschieden (Masse, Stabilität): \({}^{12}\mathrm{C}\) stabil, \({}^{14}\mathrm{C}\) β⁻-Strahler.
| Begriff | gleich ist … | verschieden ist … | Merkhilfe | Beispiel |
|---|---|---|---|---|
| Isotope | \(Z\) | \(N\) (und damit \(A\)) | Isotope — gleicher Platz im Periodensystem | \({}^{12}_{\,6}\mathrm{C}\) und \({}^{14}_{\,6}\mathrm{C}\) |
| Isobare | \(A\) | \(Z\) und \(N\) | Isobare — griech. baros = Gewicht | \({}^{14}_{\,6}\mathrm{C}\) und \({}^{14}_{\,7}\mathrm{N}\) |
| Isotone | \(N\) | \(Z\) (und damit \(A\)) | Isotone — n wie Neutronen | \({}^{13}_{\,6}\mathrm{C}\) und \({}^{14}_{\,7}\mathrm{N}\) |
Auf der Nuklidkarte kannst du das direkt sehen: Isotope bilden eine waagerechte Zeile, Isotone eine senkrechte Spalte, Isobare eine Diagonale.
Masse und Ladung des Kerns
- Masseneinheit \(u\):\(\tfrac{1}{12}\) der Masse eines \({}^{12}\mathrm{C}\)-Atoms ≈ Masse eines Nukleons → Kernmasse ≈ \(A\cdot u\).
- Ladung:jedes Proton trägt eine Elementarladung \(e\), Neutronen sind neutral.
- Formelzeichen:Energie heißt \(W\), weil \(E\) die elektrische Feldstärke ist.
- Massendefekt:ein Kern ist etwas leichter als die Summe seiner Nukleonen; die fehlende Masse steckt als Bindungsenergie im Kern (\(W=m\cdot c^2\)).
Masse und Ladung des Kerns:
\(1\,u = 1{,}660539\cdot 10^{-27}\,\mathrm{kg}\)
\(m_{\text{Kern}}\approx A\cdot u\qquad\qquad Q_{\text{Kern}} = Z\cdot e\)
Die ±-Tasten bestimmen Protonen (1–20) und Neutronen (0–30) des Kerns. Rechts erscheinen live die Nuklid-Schreibweise, alle kennzeichnenden Größen sowie ein Stabilitäts-Urteil aus echten Nukliddaten (Farbcode wie auf der Nuklidkarte: schwarz = stabil, blau = β⁻, rot = β⁺/EC). Im Isotop-Quiz werden zwei Nuklide verglichen.
| Ordnungszahl / Kernladungszahl \(Z\) | 2 |
| Neutronenzahl \(N\) | 2 |
| Massenzahl \(A = Z + N\) | 4 |
| Kernladung \(Q = Z\cdot e\) | 2 e ≈ 3,20 · 10⁻¹⑩ C |
| Kernmasse \(m \approx A\cdot u\) | 4 u |
| … in Kilogramm | ≈ 6,64 · 10⁻²⁷ kg |
Zwei Nuklide im Vergleich: Sind sie Isotope, Isobare — oder keins von beiden?
Allgemeine Hinweise
Z ist der Chef
\(Z\) legt das Element fest. Änderst du \(Z\), wechselst du das Element — änderst du nur \(N\), bleibst du beim Element (Isotop).
N steht nie dabei
In \({}^{A}_{Z}\mathrm{X}\) steht \(A\) oben und \(Z\) unten. Die Neutronenzahl berechnest du immer selbst: \(N = A - Z\).
Näherung beachten
\(m\approx A\cdot u\) ist nur eine Schätzung — Nukleonen wiegen nicht exakt \(1\,u\), dazu kommt der Massendefekt. Die Ladung \(Z\cdot e\) ist dagegen exakt.