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Kernkraftwerk Isar, Deutschland

Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Turbine eines Kernkraftwerks

Isotope

Isotope

Isotope sind Atome, deren Atomkerne die gleiche Anzahl von Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen aufweisen. Nicht alle Atome desselben Elements sind identisch und jede dieser Sorten entspricht einem anderen Isotop.

Jedes Isotop desselben Elements hat die gleiche Ordnungszahl (Z), jedoch eine andere Massenzahl (A). Die Ordnungszahl entspricht der Anzahl der Protonen im Atomkern des Atoms. Die Massenzahl entspricht der Summe der Neutronen und Protonen im Kern. Dies bedeutet, dass sich verschiedene Isotope desselben Atoms nur durch die Anzahl der Neutronen voneinander unterscheiden.

Die Elemente, die in der Natur vorkommen, können in einer Vielzahl unterschiedlicher Isotope konfiguriert werden. Die Masse, die im Periodensystem der Elemente erscheint, ist der Durchschnitt aller Massen aller Isotope, die auf natürliche Weise gefunden werden können.

Periodensystem der Elemente

Jedes Atom kann beliebig viele Neutronen haben. Die unterschiedlichen Kombinationen von Neutronen und Protonen implizieren Unterschiede in den Kohäsionskräften der Isotopenkerne. Obwohl sie eine beliebige Anzahl von Neutronen aufweisen können, werden daher in den verschiedenen Isotopen einige Kombinationen von Protonen und Neutronen bevorzugt.

Leichte Isotope (mit wenigen Protonen und Neutronen) entsprechen in der Regel der Menge an Neutronen und Protonen, während schwere Isotope normalerweise mehr Neutronen als Protonen aufweisen.

Dass jedes Isotop des gleichen Elements die gleiche Ordnungszahl hat, bedeutet, dass sie die gleiche Anzahl von Protonen im Atomkern haben. Atome desselben Elements weisen die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen auf, können jedoch eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen aufweisen.

Es können Isotope mit einem Überschuss oder einem Mangel an Neutronen gefunden werden. Diese Atome können für einige Zeit existieren, aber sie sind instabil. Die instabilen Atome sind radioaktiv: Ihre Kerne verändern oder zerfallen emittierende Strahlung.

Instabile Isotope

Was ein Isotop normalerweise instabil macht, ist der große Kern. Wenn ein Kern aus der Menge der Neutronen groß genug wird, wird er instabil und versucht, seine Neutronen und / oder Protonen auszutreiben, um Stabilität zu erreichen. Die Emission von Neutronen / Protonen sowie von Gammastrahlung ist Radioaktivität.

Instabile Isotope haben viele mögliche Anwendungen in unserem Leben. Erstens wird in der Medizin ein Kobaltisotop verwendet, um die Ausbreitung von Krebs zu stoppen. Radioaktive Isotope können als Tracer bei Patienten verwendet werden, um verschiedene interne Prozesse zu überwachen. Ein Jodisotop wurde verwendet, um Hirntumoren zu finden. Neben der Nuklearmedizin können in der Industrie instabile Isotope die Dicke des Metalls messen oder zur Stromerzeugung wie Uran- oder Plutoniumquellen verwenden.

Diese instabilen Isotope können jedoch in hohen Dosen gefährlich und schwierig zu lagern sein. Daher ist es äußerst wichtig, den Kontakt mit diesen Isotopen vollständig einzuschränken oder zu unterbinden. Bestimmte Isotope können auch sehr hohe Energien aufweisen und große Mengen Kernenergie freisetzen, wenn sie sich zersetzen, was eine potenziell zerstörerische Gefahr darstellt.

Wie werden die verschiedenen Isotope eines Elements dargestellt?

Uran wird in einer Vielzahl von Isotopen vermutetEs gibt zwei Möglichkeiten, sie darzustellen: nach wissenschaftlicher Notation und nach symbolischer Notation.

  • Wissenschaftliche Notation von Isotopen: Isotope werden durch den Namen des chemischen Elements gefolgt von der Anzahl der Protonen und Neutronen des Isotops identifiziert. Beispielsweise würden die drei häufigsten Isotope in Uran, die als Kernbrennstoff verwendet werden, wie folgt dargestellt: U-235, U-235 und U-238
  • Symbolische Notation von Isotopen: Die Anzahl der Nukleonen (Protonen und Neutronen) wird als hochgestelltes Präfix des chemischen Symbols bezeichnet. Bei den drei früheren Uranisotopen wären es 234 U, 235 U und 238 U

Isotopenentdeckung

Die Existenz von Isotopen wurde als Ergebnis der Untersuchung natürlicher radioaktiver Substanzen entdeckt. Der Isotopenname wurde 1911 von F. Soddy vorgeschlagen. Soddy bemerkte die Gleichheit seiner chemischen Eigenschaften.

Die meisten natürlichen Elemente bestehen aus mehreren Isotopen, die nur durch physikalische Verfahren (Diffusion, Zentrifugation, Massenspektrometrie, fraktionierte Destillation und Elektrolyse) getrennt werden können.

Wir können Isotope als stabil mit einer Halbwertszeit in der Größenordnung von 3 Milliarden Jahren und als instabil oder radioaktiv klassifizieren, die Strahlung emittieren und zu anderen Isotopen oder Elementen werden. Letztere werden zur Gewinnung elektrischer Energie ( 235 U, 239 Pu) durch Kernspaltungsreaktionen, zur Datierung ( 14 C, 40 K), in der Nuklearmedizin für diagnostische und therapeutische Zwecke, in Messgeräten usw. verwendet.

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Geändert am: 28. November 2019