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Physik 9 · Struktur der Materie

Nuklidkarte

Ein Atomkern ist durch seine Protonenzahl Z und seine Neutronenzahl N festgelegt, zusammen ergeben sie die Massenzahl A = Z + N. Jede Kernsorte heißt Nuklid. Die Nuklidkarte ordnet sie wie ein Stadtplan: nach rechts mehr Neutronen, nach oben mehr Protonen. Ein Zerfall ist darauf ein Sprung zum Nachbarn.

So gehst du vor

  1. 1Tippe auf ein Feld. Rechts stehen die Daten des Kerns.
  2. 2Tippe „Zerfallen lassen“. Der Pfeil zeigt den Sprung, wiederhole das bis zu einem stabilen Kern.
  3. 3Hebe Isotope, Isotone oder Isobare hervor und vergleiche, was sie gemeinsam haben.
  4. 4Tippe „Frage stellen“ und beantworte sie auf der Karte.
  5. 5Wechsle zur Karte „Uran-Reihe“ und gehe von Uran-238 bis zum Ende.
012345678910111201234567891011121314Neutronenzahl NProtonenzahl Zn1H1H2H3He3He4He6He8Li6Li7Li8Li9Be7Be8Be9Be10Be11B8B10B11B12C10C11C12C13C14C15N13N14N15N16N17O14O15O16O17O18O19O20F17F18F19F20F21Ne18Ne19Ne20Ne21Ne22Ne23Ne24Na21Na22Na23Na24Na25Mg23Mg24Mg25Mg26
stabilβ⁻-Zerfallβ⁺-Zerfall oder Elektroneneinfangα-Zerfallgestrichelt: N = Z

Das ist ein Ausschnitt, die vollständige Karte hat über 3000 Nuklide. Leere Felder heißen nur: Hier steht nichts in diesem Ausschnitt. Halbwertszeiten sind gerundete Literaturwerte, je Nuklid ist nur der wichtigste Zerfall gezeigt.

Karte

146C
Kohlenstoff-14
Z = 6, N = 8, A = 14
N : Z = 1,33
β⁻-Zerfall, Halbwertszeit 5730 a
Damit bestimmt man das Alter von Holz, Knochen und Stoffen.
146C → 147N + e⁻

Hervorheben

Sprünge auf der Karte

ZerfallWas im Kern passiertZNSprung
αZwei Protonen und zwei Neutronen gehen als Heliumkern weg.− 2− 2zwei nach links, zwei nach unten
β⁻Ein Neutron wird zum Proton, ein Elektron fliegt weg.+ 1− 1schräg nach links oben
β⁺Ein Proton wird zum Neutron, ein Positron fliegt weg (oder der Kern fängt ein Elektron ein).− 1+ 1schräg nach rechts unten

Beim β-Zerfall fliegt zusätzlich ein Neutrino weg, das fast nichts anstößt. In den Gleichungen ist es weggelassen.

Aufträge

  1. Hebe die Isotope von Kohlenstoff hervor. Wie viele stehen im Ausschnitt, wie viele davon sind stabil? Was haben sie gemeinsam, was unterscheidet sie?
  2. Welche Elemente bis Magnesium haben nur ein einziges stabiles Nuklid?
  3. Wo liegen die blauen, wo die roten Felder im Vergleich zu den stabilen? Erkläre, warum das zu den Sprüngen passt.
  4. Beginne bei Neon-24 und lass den Kern zerfallen, bis er stabil ist. Notiere die Kette mit den Halbwertszeiten.
  5. Wähle die Uran-Reihe und lass Uran-238 bis zum Ende zerfallen. Wie viele α- und β⁻-Zerfälle sind es? Prüfe das mit A und Z nach.
  6. Vergleiche N : Z für Sauerstoff-16, Magnesium-24 und Blei-206. Warum brauchen schwere Kerne mehr Neutronen als Protonen?

Theorie: Kapitel „Nuklide und Isotope“. Halbwertszeiten messen und die Zerfallsarten üben kannst du auf der Seite Radioaktiver Zerfall, warum Kerne überhaupt zusammenhalten, zeigt das Tröpfchenmodell.