Warum gibt es keine Atomkerne die nur aus Neutronen bestehen?
9 Antworten
der grund warum es kein atomkerne nur aus neutronen geben kann ist das pauli-prinzip.
dadurch können sich nur je zwei neutronen in einem energienievau befinden (mit einmal spin up und einmal spin down). die nächsten neutronen müssen dann in ein höheres energieniveau.
dadurch kommt man ziemlich schnell zu immer größeren energien, was den kern instabil macht.
dasselbe gilt wenn du einen kern nur aus protonen machen willst. auch das scheitert aus dem selben grund (die elektromagnetische abstoßung der protonen wird erst bei großen kernen relevant).
stabile kerne bestehen aus protonen UND neutronen, denn damit können immer vier teilchen in ein energieniveau (2 protonen und 2 neutronen), und damit ist der kern stabiler.
wenn in einem kern zu viele oder zu weniger neutronen sind dann wird er instabil. für kleinere kerne ist das verhältnis zwischen protonen und neutronen ca 1:1, für größere kerne weicht es zu gunsten von mehr neutronen ab (wegen der elektrischen abstoßung der protonen).
dass es keine dineutron (ein kern aus 2 neutronen) oder helium-2 (ein kern aus 2 protonen) gibt kommt aus dem pauli-prinzip und der spin-wechselwirkung der beiden teilchen. das pauli-prinzip sagt dass die beiden neutronen (oder protonen) entgegegestzten spin haben müssen um beide ins niedrigste energieniveau zu kommen, allerdings ist ein zustand mit parallelem spin bevorzugt. beides gleichzeitig geht nicht, und daher gibt es keinen bindungszustand aus zwei neutronen oder 2 protonen.
was es gibt sind deuteriumkerne (1 proton plus 1 neutron), wobei man auch hier sieht, dass es nur deuteriumkerne mit gesamtspin 1 gibt (spins parellel), und keine mit spin 0 (spin antiparellel)
Das ist eine fantastische Frage!
Der Atomkern wird durch die starke Wechselwirkung zusammengehalten. Wie Neutronen und Protonen miteinander wechselwirken wird über die bunten Quarks erklärt, aber in die Materie habe ich mich ehrlich gesagt, nicht vertieft.
Stark vereinfacht gesagt sind Protonen klebrige Bälle und Neutronen unklebrige. Also klebt Proton-Proton Proton-Neutron. Neutron-Neutron fällt auseinander.
Wenn also ein Atomkern zu viele unklebrige Neutronen hat, wird er instabil und zerfällt. Das macht man sich bei der Kernspaltung zunutze indem man das Spaltmaterial mit Neutronen beschießt.
Die Elektronenhülle ist nur ein elektrischer Ladungsausgleich und trägt praktisch nichts zur Stabilität des Kerns bei.
Protonen ziehen sich über die starke Wechselwirkung gegenseitig NICHT an
doch, tun sie (wenn sie nahe genug beisammen sind)
die residual strong force (das, was man "kernkraft" nennt und die nukleonen im kern zusammenhält), lässt sich effektiv sehr gut durch eine yukawa-wechselwirkung mit pionen beschreiben, was zu einem potential der form
V(r) ~ -Exp[-a*r]/r
fürht, wobei a eine positive konstante ist (proportional zur pion masse). dieses potential ist immer anziehend (siehe das negative vorzeichen), und flacht für große r sehr schnell ab (wegen der exponentialfunktion).
ob proton oder neutron ist dabei völlig egal, da die starke wechselwirkung zwischen den beiden nicht unterscheidet.
Die Frage hierbei ist dann nur ob ein Kern aus zwei Protonen stabil wäre oder ob hier nicht die Coloumbkraft im Nahbereich einen strich durch die Rechnung macht.
ein kern aus zwei protonen ist nicht stabil (es gibt kein helium-2).
und das hat nichts mit der elektrischen abstoßung zu tun. denn wenn nur das der grund wäre, müsste es auch deuteriumkerne mit spin 0 und dineutronen geben. gibt's aber nicht.
Stark vereinfacht gesagt sind Protonen klebrige Bälle
und Neutronen unklebrige. Also klebt Proton-Proton Proton-Neutron.
Neutron-Neutron fällt auseinander.
das ist nicht stark vereinfacht, sondern falsch.
bezüglich der starken wechselwirkung sind proton und neutron identisch, daher macht es keinen sinn zu sagen protonen "kleben" und neutronen nicht.
beide "kleben".
der grund warum es kein atomkerne nur aus neutronen geben kann ist das pauli-prinzip. siehe meine antwort.
Ich habe mich bereits selbst korrigiert, aber trotzdem danke.
Stark vereinfacht gesagt sind Protonen klebrige Bälle
und Neutronen unklebrige.
Sicherlich nicht. Protonen stoßen einander elektrostatisch ab. Ohne Neutron geht kein Kern, der mehr als ein Proton enthält, und zwar, weil Neutronen sehr wohl "klebrig" sind.
Also klebt Proton-Proton Proton-Neutron.
Das wäre Lithium 4, das sofort (binnen 91(9)×10−24 s) ein Proton abgibt und zu ³He wird.
Weil das ganze nicht stabil wäre, ein Atomkern aus zwei Protonen ist ohne Neutron auch instabil und zerfällt.
Einen "Atomkern" aus einem Neutron kann es aber geben, das wäre das Neutron alleine, weil Elektronen kann es mangels Ladung nicht binden.
Atomkerne sind Kerne von Atomen. Ein Atom hat mindestens ein Elektron. Das muss aber von aber von einem positiv geladenen Kern festgehalten werden.
In der Nuklidkarte gibt es ja auch einfach ein Neutron. Das ist ja dann auch ein Atom. Allerdings gibt es ja auch kein Element mit der Ordnungszahl 0.
Ich muss mich korrigieren: Protonen ziehen sich über die starke Wechselwirkung gegenseitig NICHT an. Ein Kern nur aus Protonen zerfällt auch.