(Bild Ausschnitt der Nuklidkarte Breuer Taschenatlas Physik für Mediziner, Springer-Verlag Berlin :p 288)
2. Schema einer Nuklidkarte
Die Nuklidkarte ist eine Matrix, deren Spalten die Neutronenzahl N und deren Zeilen die Protonenzahl P der Atome angeben. Somit ist jedes Feld (Matrixelement Aij ) durch eine eindeutige Kombination der Protonen - und Neutronenzahl definiert.
3. Definitionen
Chemische Elemente
- haben Nuklide gleicher Kernladungszahl. Sie finden sich in einer Zeile der Nuklidkarte
Isotope
- haben Nuklide gleicher Kernladungszahl, aber unterschiedlicher Massenzahlen. Sie sind in verschiedenen Feldern einer Zeile zu finden.
Isotone
- haben gleiche Neutronenzahlen. Sie finden sich in einer Spalte der Nuklidkarte.
Farbcodes
- Nuklidkarten sind mit Farbcodes versehen, die beispielsweise radioaktive Isotope hervorheben.
Der radioaktive Zerfall wird in Nuklidkarten dargestellt.
Periodisches System der Elemente
1. Schema des periodischen Systems der Elemente
2. Hauptgruppen
Zu den Hauptgruppen zählen 44 Elemente, bei deren Atomen die Orbitale der äußeren Hauptenergiestufen mit Elektronen aufgefüllte werden.
Die Hauptgruppen tragen besondere Name:
| I Alkalimetalle : | Li, | Na, | K, | Rb, | Cs, | Fr |
| II Erdalkalimatalle : | Be, | Mg, | Ca, | Sr, | Ba, | Ra |
| III Erdmetalle : | B, | Al, | Ga, | In, | Tl, | |
| IV Kohlenstoffgruppe: | C, | Si, | Ge, | Sn, | Pb | |
| V Stickstoffgruppe : | N, | P, | As, | Sb, | Bi | |
| VI Sauerstoffgruppe : | O, | S, | Se, | Te, | Po | |
| VII Halogenide : | F, | Cl, | Br, | I, | At | |
| VIII Edelgase : | He, | Ne, | Ar, | Kr, | Xe, | Rn |
3. Nebengruppen
Bei den Atomen der übrigen 65 Elementen, die zu den 8 Nebengruppen zählen, werden die inneren Orbitale mit Elektronen aufgefüllt. Mit einigen Ausnahmen besitzen alle Nebengruppenelemente zwei s-Elektronen als Außenelektronen.
4. Übergangselemente
= d-Elemente sind Nebengruppenelemente, bei denen das neu hinzukommende Elektron ein d-Elektron ist.
5. Innere Übergangselemente
sind jene 28 Elemente der 6. und 7. Periode, bei denen die Auffüllung der sieben 4f- bzw. 5f- Orbitale erfolgt.
6. Lanthanoide und Actinoide
Übung: Die Bindungsenergie der Atomkerne
Die Bindungsenergie der Atomkerne
- Bindungsenergie eines Wasserstoffatom
- Bindungsenergie pro Nukleon
- Bindungsenergie bei schweren Kernen
- Bindungsenergie bei leichten Kernen
- Bindungsenergien wichtiger physikalischer Systeme
1. Bindungsenergie eines Wasserstoffatoms
Eo = mo . c²........Einheiten:...... 1eV, (1 J)
Bindungsenergie = [mo(H)-mo(p)-mo(e-)]c² = - 13,6 eV
Die Bindungsenergie ist die Differenz der Ruheenergie des Atoms und der Ruheenergien seiner Bestandteile.
Um ein Wasserstoffatom in ein Proton und ein Elektron zu spalten, benötigt man eine Energiezufuhr von 13,6 eV.
| Ruheenergie | Bindungsenergie (MeV) | |
|---|---|---|
| Wasserstoffatom | mo c² | 925.211 |
| Elektron | mo c² | 0,511 |
| Proton | mo c² | 938,3 |
2. Bindungsenergie pro Nukleon
(Abb.3.8 Seite 70 vom Quark zum Kosmos)
Die Bindungsenergie pro Nukleon steigt bei leichten Elementen sehr rasch auf den Maximalwert von etwa 8 MeV, um dann für sehr schwere Kerne wieder abzusinken (zit. nach M. Ledermann und D. N. Schramm (1989), Vom Quark zum Kosmos. Spektrum der Wissenschaft, Heidelberg).
3. Bindungsenergie bei schweren Kernen
Die Bindungsenergie pro Nukleon ist bei schweren Kernen (A=240) mit 7,1 MeV etwas niedriger als die Bindungsenergie (8,1 MeV) bei mittelschweren Kernen (A=120). Spaltet man nun einen schweren Kern in zwei mittelschwere, so wird insgesamt eine Bindungsenergie = Spaltungsenergie von mehr als 200 MeV pro Atomkern frei.
| Massen- zahl | Atom- zahl | Bindungsenergie | Spaltungs- energie | |
|---|---|---|---|---|
| Nukleon (MeV) | Atomkern (MeV) | |||
| 240 | 1 | 7,1 | 1704 | 1704 |
| 120 | 2 | 8,1 | 972 | 2 x 972 |
4. Bindungsenergie bei leichten Kernen
Bei sehr leichten Kernen muss man Energie zuführen, um sie zu spalten. Daher kann durch Verschmelzen = Fusion von zwei leichten Kernen Energie gewonnen werden.
5. Bindungsenergien wichtiger physikalischer Systeme
| System | typische Größe | Bindungsenergie |
|---|---|---|
| System | (m) | (eV) |
| Moleküle | 10-8 | einige 10-1 eV |
| Atome (äußere Elektronenbahnen) | 10-9 | einige eV |
| Atome (Innere Elektronenbahnen) | 10-10 | 1000 eV = wenige keV |
| Atomkerne | 10-14 | über 10 MeV |
| Neutronen | 10-15 | wenige GeV |
| Protonen | 10-15 | wenige GeV |
| Quarks | 10-16 bis 10-18 | hunderte GeV |
 _Movie: Periodensystem |
 _Fragen: Die Eigenschaften der Atomkerne |
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