Radioaktivität und Kerngleichungen

Die dichteste Region eines Atoms ist der Kern, der Protonen und Neutronen enthält, die zusammen als Nukleonen bezeichnet werden.

Die Art von Atom, die durch eine bestimmte Anzahl von Protonen und Neutronen definiert ist, wird als Nuklid bezeichnet. Die Notation für ein Nuklid besteht aus einem Elementsymbol, einer Ordnungszahl und einer Massenzahl.

Eine von mehreren Kurzschreibweisen für Nuklide verwendet den Elementnamen, einen Bindestrich und die Massenzahl.

Nuklide mit der gleichen Ordnungszahl, aber unterschiedlichen Massenzahlen werden als Isotope voneinander bezeichnet. Kohlenstoff hat also drei Isotope, die hier gezeigt werden.

Nuklide zeichnen sich auch durch ihren Energiezustand aus. Zum Beispiel existiert das einzelne Isotop Technetium-99 in zwei verschiedenen Zuständen: dem Grundzustand mit niedrigerer Energie und einem langlebigen angeregten Zustand, der als metastabiler Zustand bezeichnet wird. Diese beiden Spezies sind, obwohl sie die gleiche Anzahl an Protonen und Neutronen haben, unterschiedliche Nuklide.

Interessanterweise haben einige Elemente im Periodensystem stabile Nuklide, die auf unbestimmte Zeit intakt bleiben. Im Gegensatz dazu bestehen einige Elemente nur aus instabilen Nukliden, den sogenannten Radionukliden. So entsteht beispielsweise beim spontanen nuklearen Zerfall von Uran-238 Thorium-234. Der Prozess wird als radioaktiver Zerfall bezeichnet.

Das beim Zerfall entstehende Tochternuklid kann stabil oder radioaktiv sein. Der Prozess wird von der Emission kleiner Fragmente oder elektromagnetischer Strahlung begleitet.

Alpha-Teilchen sind äquivalent zu Heliumkernen. Ihre Emission reduziert die Ordnungszahl um 2 und die Massenzahl um 4.

Beta-Teilchen sind äquivalent zu Elektronen; wenn sie emittiert werden, erhöht sich die Ordnungszahl des Tochternuklids um 1. Da sie eine negative Ladung tragen, wird diese als Beta-Minus-Strahlung bezeichnet.

Die Emission eines Positrons, das die gleiche Masse wie ein Elektron, aber eine entgegengesetzte Ladung hat, verringert die Ordnungszahl um 1. Es wird oft als Beta-Plus-Emission bezeichnet.

Gammastrahlen sind hochenergetische elektromagnetische Strahlung, deren Emission weder die Atom- noch die Massenzahl verändert.

Die Protonenemission verringert die Massenzahl und die Ordnungszahl jeweils um 1, während die Neutronenemission die Massenzahl um 1 verringert.

Kerngleichungen bilden die Differenz zwischen Mutter- und Tochternukliden ab und geben die Art des Zerfalls an.

Der radioaktive Zerfall von Uran-238 zu Thorium-234 geht einher mit der Emission von Alpha-Teilchen.

Nukleare Gleichungen sind genauso ausgeglichen wie chemische Gleichungen. Die Summe der Massenzahlen ist auf jeder Seite der Gleichung gleich. Da es sich um den Alpha-Zerfall handelt, ist es auch die Summe der Ordnungszahlen.