Lambert-Beer`sches Gesetz - Department Chemie und Biologie

Kernreaktionen und Radioaktivität
Bei Kernreaktionen wird etwa 106 mal mehr Energie umgesetzt, als bei chemischen Reaktionen. Bei
einer freiwillig ablaufenden Reaktion wird so viel Energie frei, dass die Masse der Produkte geringer
ist als die Masse der Edukte, das Gesetz der Enthaltung der Masse ist auf Kernreaktionen also nicht
anwendbar.
Die freiwerdende Energie lässt sich durch die Einstein-Gleichung berechnen: Δ E = Δ m c²
Beispiel einer Reaktionsgleichung:
9
4
12
6
Be + 42 He
C + 01 n
In einem Atomkern müssen Protonen und Neutronen in einem bestimmten Verhältnis zueinander
vorhanden sein. Bei einer zu starken Abweichung ist der Atomkern instabil. Bei einer zu hohen
Anzahl von Protonen bzw. Neutronen geben die Atomkerne Teilchen ab um einen stabilen Zustand zu
erreichen. Befinden sich Atomkerne in einem angeregten Zustand, emittieren sie Strahlung.
α-Strahlung: 42 He entsteht bei Atomen mit hoher Anzahl an Protonen und großem
Atomkern, bzw. bei Atomkernen mit Massenzahlen über 209 und
Ordnungszahlen über 82
β-Strahlung: Beim β- -Zerfall werden Elektronen emittiert und beim β+ -Zerfall werden
Positronen emittiert. Atome mit einer zu hohen Neutronenanzahl zerfallen
mit der β- -Strahlung und Atome mit einer zu hohen Protonenzahl mit der
β+ -Strahlung
Beim β- -Zerfall wird ein Neutron zu einem Proton unter Ausstoß eines
Elektrons:
1
0
n
1
1
p +
0
−1
e
Beim β+ -Zerfall wird ein Proton zu einem Neutron unter Ausstoß eines
Positrons:
1
1
p
1
0
n + 01 e
Eine andere Möglichkeit die zu hohe Protonenzahl zu relativieren ist der Einfang eines Elektrons aus
der inneren Schale der Elektronenhülle, mit dem ein Proton im Kern in ein Neutrom umgewandelt
wird.
γ-Strahlung: elektromagnetische Strahlung mit einer sehr kleinen Wellenlänge, entsteht wenn ein
Atomkern von einem energiereichen Zustand in einen energiearmen Zustand übergeht.
Die Reichweite der verschiedenen Strahlungsarten in Luft nimmt von der Alphastrahlung (wenige cm)
über die Betastrahlung (einige cm bis zu einige Metern) zur Gammastrahlung (unendlich) zu.
Lambert-Beer’sches Gesetz:
Die Absorption bzw. Extinktion von elektromagnetischer Strahlung ist proportional zu der
Konzentration des absorbierenden Stoffes.
Eλ = ελ · c · d
Eλ = Extinktion (Abschwächung einer Strahlung), auch Absorption Aλ
ελ = molarer Extinktionskoeffizient (cm2/mol) (Stoffkonstante,
abhängig von Wellenlänge)
c = Konzentration des Stoffs (mol/cm3)
d = Schichtdicke der Meßküvette (cm).
Fragen:
1) Wie lautet die Reaktionsgleichung für den β- -Zerfall von
24
10
Ne ?
2) Welchen Arten des radioaktiven Zerfalls kann ein Atomkern mit einer zu geringen
Anzahl an Neutronen unterliegen um stabilisiert zu werden?