Atomkern, Atomhülle, Kernladungszahl & Massenzahl

Die Masse eines Atoms setzt sich zusammen aus der Masse der einzelnen Teilchen. Aus den in der Atomhülle befindlichen aus Elektronen und den im Atomkern befindlichen Protonen und Neutronen. Letztere beiden nennt man auch Nukleonen. Ein Proton und Neutron haben beinahe dieselbe Masse, während die Elektronen weitaus leichter sind.

Hinweis: Masse ist nicht gleich Gewicht. Während die Masse immer und überall dieselbe beträgt, ist das Gewicht von der Gravitation (Erdanziehung) abhängig.

Die Ladung eines Atoms ist nach aussen ungeladen bzw. neutral. Der Atomkern jedoch ist für sich positiv geladen, während die Atomhülle negativ geladen ist.

Kernladungszahl

Alle Elemente des Periodensystems haben eine andere Kernladungszahl, die einzig von der Anzahl der vorhandenen Protonen abhängig ist. Sie lässt sich anhand der Ordnungszahl ablesen. Die auch zum Kern gehörenden Neutronen sind elektrisch neutral und beteiligen sich deshalb nicht an der Ladungszahl des Kerns, dafür jedoch an der Atommasse.

Massenzahl

Die Massenzahl bildet sich aus der Summe der Nukleonen - also Protonen und Neutronen. Sie entspricht in etwa der Kernmasse, denn aufgrund des niedrigen Gewichts der Elektronen in Relation zu den Nukleonen, werden die Elektronen hierbei aussen vor gelassen.

Reinelemente und Isotope

Ein genauerer Blick in ein Periodensystem der Elemente zeigt dir, dass einige Elemente eine Masse aufweisen, welche nicht ganzzahlig ist. Wie ist das vereinbar damit, dass die Masse für Protonen und Neutronen doch nahezu 1 u beträgt?

Isotope

Einige kommen als verschiedene Atomsorten vor. Die Atomsorten unterscheiden sich durch eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen im Kern, während die Protonenanzahl dieselbe bleibt - die verschiedenen Sorten nennt man Isotope.

Reinelemente

Nur 22 Elemente im Periodensystem sind Reinelemente, das bedeutet, sie kommen nur mit einer einzigen Anzahl von Neutronen vor, haben also keine Isotope. Sie haben annähernd eine ganzzahlige Massenzahl. Es gibt aber immer noch eine kleine Abweichung.

Massendefekt

Atomkerne werden von der sogenannten starken Wechselwirkung zusammengehalten. Diese Bindungsenergie des Kerns, ist dafür verantwortlich, dass man die Massen der einzelnen Nukleonen nicht einfach aufsummieren kann. Ein Teil der Masse steckt nämlich in der Bindungsenergie. Diese Massenabweichung bezeichnet man als Massendefekt und er hängt mit der Grösse des Kerns zusammen. Auf diesem Effekt beruhen auch die Kernspaltung und die Kernfusion.

Einfluss von Isotopen auf die Massenzahl

Durch mehr bzw. weniger Neutronen verändert sich das Gewicht der Atomsorten eines Elementes. Die Massenzahl, die sich im Periodensystem zum jeweiligen Element findet, ergibt sich aus der durchschnittlichen Atommasse für das jeweilige Element, errechnet aus allen Isotopen unter Berücksichtigung der Häufigkeit ihres Auftretens.

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Isotope des Wasserstoffs

Wasserstoff ist kein Reinelement, auch wenn die Massenzahl von beinahe 1 dies vermuten lässt. Es gibt zwei Isotope, die im Verhältnis jedoch selten vorkommen, aber sogar Eigennamen haben.

• Deuterium  $$^2_1H$$​​
  
• Tritium $$^3_1H$$​​
• (Wasserstoff $$^1_1H$$​)

​Hinweis: Um ein Isotop aufzuschreiben, gibst Du die Massenzahl links hochgestellt und die Ordnungszahl links tiefgestellt an! Teilweise wird die Ordnungszahl aber auch weggelassen.

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Radioaktivität

Als Radioaktivität wird die Eigenschaft von Kernen bezeichnet zu zerfallen. Dieses Zerfallen eines Kerns setzt Energie in Form von ionisierender Strahlung frei. Man nennt sie auch radioaktive Strahlung. Radioaktives Zerfallen ist eine Reaktion des Atomkerns und tritt vor allem bei schweren Elementen auf. So sind alle Elemente, die im Periodensystem nach dem Blei stehen, radioaktiv. Aber auch leichtere Elemente haben radioaktive Isotope. Bei einem radioaktiven Zerfall wandelt sich ein Element in ein anderes um! 

Hinweis: Wie schnell ein Kern zerfällt, dauert unterschiedlich lang und wird gerne durch die Halbwertszeit angegeben, also jene Zeit, die es braucht, bis die Hälfte der Kerne zerfallen ist.