Die geradlinig gleichförmige Bewegung

1.3 Nuklide
Was sind Nuklide?
Nuklide sind Atomkerne
Die Kernbausteine oder Nukleonen (lat: nucleus = Kern) eines Nuklids
sind Protonen und Neutronen.
Die Anzahl der Protonen im Nuklid heißt Ordnungszahl Z.
Die Anzahl der Nukleonen im Nuklid heißt Nukleonenzahl oder Massenzahl A.
Das einfachste Nuklid ist der Atomkern des Atoms Protium. Es enthält ein Proton. Protium
hat die Ordnungszahl Z=1 und die Massenzahl A=1.
Es gibt noch zwei weitere Atome, die genau ein Proton im Atomkern besitzen.
- Deuterium enthält im Atomkern neben dem einen Proton noch ein Neutron.
Deuterium hat die Ordnungszahl Z=1 und die Massenzahl A=2.
- Tritium enthält im Atomkern neben dem einen Proton noch zwei Neutronen. Tritium
hat die Ordnungszahl Z=1 und die Massenzahl A=3.
Protium
1
1H
Deuterium
2
1H
Tritium
3
1H
Protium, Deuterium und Tritium haben die gleichen chemischen Eigenschaften, da für die
chemischen Eigenschaften eines Atoms nur die Anzahl der Protonen bzw. der Elektronen
maßgebend ist. Man sagt, Protium, Deuterium und Tritium gehören zum selben chemischen
Element. Das chemische Element von Protium, Deuterium und Tritium heißt Wasserstoff und
wird mit H für das lateinische Wort Hydrogenium = Wassererzeuger abgekürzt.
Atome mit einer festen Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massenzahl heißen Isotope
eines chemischen Elements
Das Isotop Tritium ist radioaktiv und bildet daher nur einen sehr geringen Anteil am
Wasserstoffvorkommen auf der Erde. Die Isotope Protium und Deuterium sind nicht
radioaktiv, sondern stabil.
Die Schüler bilden Paare. Jedes Paar erhält einen Steckbrief von einem stabilen
Atom, das sie der Klasse vorstellen.
Der Lehrer zeichnet ein Ordnungszahl-Massenzahl-Koordinatensystem an die
Tafel. Die Schüler kleben ihre Steckbriefe in das Koordinatensystem.
Nuklide sind sehr viel kleiner als Atome. Der Durchmesser von Protonen bzw.
Neutronen beträgt nur etwa 1,7  10 15 m, der Durchmesser des Wasserstoffatoms
hingegen etwa 2,5  10 10 m. Die Atomhülle des Wasserstoffatoms ist also etwa
100 000 mal größer als der Atomkern.
Der Atomkern trägt mehr als 99,9% der Masse eines Atoms, da die Elektronen sehr viel
leichter sind als die Nukleonen.
Das Kohlenstoffatom 126C wird zur Definition der atomaren Masseneinheit u herangezogen.
Atomare Masseneinheit
1u ist genau
1
12
der Masse des Kohlenstoffatoms 6 C
12
1u  1,6605  10 27 Kg
Die Masse eines freien Neutrons beträgt: mn  1,008665u
Die Masse eines freien Protons beträgt: m p  1,007276u
Die Masse eines freien Elektrons beträgt: me  5,4858  10 4 u
1. Wie viele Atome befinden sich in 12g des Kohlenstoffatoms 12C ?
2. Auf der Erde gibt es die stabilen Kohlenstoffatome
12
C und
13
C auf.
12
C -Atome
13
haben eine Häufigkeit von etwa 98,9%. C -Atome haben eine Häufigkeit von etwa
1,1%. Berechne den gewichteten Mittelwert der Masse der Kohlenstoffatome auf
unserer Erde.
1. Ein Kohlenstoffatom 12C hat die Masse
12u  12  1,6605  10 27 Kg  1,9926  10 26 Kg  1,9926  10 23 g .
Daraus ergibt sich die Anzahl der 12C -Atome:
n
12 g
 6,022  10 23
1,9926  10 23 g
Die Anzahl der Atome in 12g des Kohlenstoffatoms 12C ist per Definition gleich 1mol. Es
gilt also: 1mol  6,022  10 23 (Teilchen)
2. 12C -Atome haben eine Masse von 12u. 13C -Atome haben eine Masse von etwa 13u.
Daraus ergibt sich der gewichtete Mittelwert der Kohlenstoffatome:
mC  12u  98,9%  13u  1,1%  12u  0,989  13u  0,011  12,011u
Der Steckbrief des Kohlenstoffatoms lautet daher auch häufig
12, 011
C