...und man sollte vorher auch noch ein paar Worte zu den schweren Elementen sagen, was ich hiermit tue:
Die chemischen Elemente sind ja bekanntermaßen aus Atomkernen und Elektronen aufgebaut.
Die Atomkerne wiederum bestehen aus Protonen und Neutronen.
Die Protonen tragen eine positive elektrische Ladung, die Neutronen sind elektrisch neutral.
Welches Element man hat, wird ausschließlich von der Protonenzahl im Atomkern bestimmt.
Die Protonenzahl nennt man auch Ordnungszahl.
Wir haben also im Atomkern positiv geladene Teilchen, die sich per elektromagnetischer Kraft abstoßen.
Warum fliegt so ein Atomkern dann nicht auseinander?
Weil es dort eine zweite Kraft gibt, die stärkste, die wir kennen: Die starke Kernkraft oder starke Wechselwirkung
Diese Kraft wirkt zwischen Neutronen und Protonen, hält sie fest zusammen. Die Neutronen liefern also gewissermaßen den "Klebstoff" um mehrere Protonen in einem Kern zusammenzuhalten. (Bezeichnenderweise heißen die Kraftüberträgerteilen zwischen Neutronen und Protonen auch "Gluonen", glue = Klebstoff!)
Allerdings hat sie nur eine sehr geringe Reichweite, während die schwächere elektomagnetische Kraft eine große Reichweite hat.
Was bedeutet das?
1. Man braucht Neutronen um einen Atomkern mit mehr als einem Proton (=Wasserstoff) zusammenzuhalten.
2. Je mehr Protonen in einem Kern sind, desto mehr Neutronen braucht man um die elektrische Abstoßung auszugleichen. Während die starke Kernkraft quasi immer nur zwischen einem Neutron und einem benachbarten Proton anziehend wirkt, wirkt die elektrische Abstoßung der Protonen in ihrer Summe auf den ganzen Atomkern auseinandertreibend.
Das hat zur Folge, dass bei zunehmender Größe von Atomkernen die Abstoßung der Protonen irgendwann überhand nehmen muss, was zur Folge hat, dass sehr schwere Kerne leicht zerfallen, also radioaktiv sind.
Soweit, so gut.
Was hat das jetzt mit den magischen Zahlen auf sich?
Magische Zahlen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Magische_Zahl_%28Physik%29
Die Kernteilchen sind also nicht einfach irgendwie im Atomkern zusammengewürfelt, sondern sie ordnen sich dort in Schalen an -
ähnlich, wie es die Elektronen in der Atomhülle tun. Auch im Kern gibt es also Energieniveaus.
Dabei sind die magischen Zahlen
2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, ...?
(Nach oben hin ist man sich allerdings nicht ganz einig und es können sich auch die Zahlen für Neutronen und Protonen unterscheiden.)
Bei diesen Zahlen ist eine Kernschale voll besetzt - ähnlich wie in der Chemie bei den Edelgasen.
In der Chemie wären die analogen Zahlen 2, 6, 10 und 14 für die s, p, d und f-Orbitale.
Wenn ein Atomkern die magische Anzahl von Protonen
oder Neutronen enthält, so ist er besonders stabil.
Wenn ein Atomkern genau die magische Anzahl von Neutronen
und Protonen enthält, so ist er doppelt magisch und noch stabiler.
Beispiel:
Calcium(40) hat 20 Protonen und 20 Neutronen - ist also doppelt magisch und daher besonders stabil.
126 Protonen und 2 Neutronen geht natürlich nicht - man muss schon mindestens ähnlich viele Neutronen, wie Protonen haben, bei den schweren Kernen besser mehr Neutronen, um den Kern genügend per starker Wechselwirkung "zusammenzukleben".
Richtig interessant wird das Ganze erst bei sehr schweren Kernen, die ja grundsätzlich wegen den oben genannten Gründen stark dazu neigen instabil zu sein. Besonders dort könnten doppelt magische, sehr schwere Atomkerne existieren, die trotz ihrer vielen Protonen zumindest einigermaßen stabil sind.
Beste Grüße
seeker
