Warum ist Technetium Instabil?
Danke
7 Antworten
Auch für das Element Promethium (Ordnungszahl 61) gibt es keine stabile Isotope. Techntium hat die Ordnungszahl 43 und damit 43 Protonen. Die Stabilität eines Atomkerns hängt sowohl von der Protonenzahl als auch von der Neutronenzahl ab. Gerade Zahlen führen zu stabileren Elementen (siehe Schalenmodell des Atomkerns - magische Zahlen https://de.wikipedia.org/wiki/Atomkern ). Zerfallen kann ein Atomkern nur, wenn die Zerfallsprodukte einen energetisch niedrigeren Zustand einnehmen. Dabei ist eine Potentialbarriere zu überwinden. Je niedriger diese Barriere ist, desto leichter kann das Element zerfallen. Diese Potentialbariere ergibt sich einerseits durch die Kraftverhältnisse zwischen elektrischer Kraft und Kernkraft und andererseits durch den Spin der Nukleonen. Bei geradzahliger Nukleonenzahl können die NuKleonen paarweise mit jeweils antiparallelem Spin das gleiche Energienineau besetzen. Bei ungerader Nukleonenzahl ist ein Energieniveau nur durch ein Nukleon besetzt. Bei Promethium und Technetium ist die resultierende Potentialbarriere dadurch offensichtlich sehr klein.
Den niedrigste energetische Kernzustand hat Eisen. Es ist zu vermuten, dass alle Elemente sich im Laufe der Zeit zu Eisen umwandeln (Entropiesatz). Elemente mit niedrigerer Ordnungszahl als Eisen werden durch Fusionsreaktionen in den Sternen umgewandelt.
Das freie Neutron hat eine Halbwertszeit von etwa 10 Minuten. Ob möglicherweise auch das Proton zerfallen kann ist noch spekulativ. Die Halbwertszeit des Protons wäre aber nach momentaner Kenntnis viel größer als das Alter des Universums.
Nix mit stahlhart. Diese fragilen Kohlenstoff-Wasserstoff-Einheiten halten ja durchschnittlich noch nicht mal 100 Jahre.
Ich Weiss das sich "Dinge" mit gleichen Spinn durch die Coilomb Kraft abstoßen aber was hat die Coilomb Kraft mit dem Spinn zu tun?
Für Microobjekte mit Spin 1/2 gilt die Fermi-Dirac-Statisik bzw. das Pauli-Prinzip. Diese können nicht gleichzeitig den selben Zustand einnehmen. Deshalb müsenn sie unterschiedliche Energiezustände einnehmen. Bei der Atomhülle wird dies auch in der Schule dargestellt. Mathematisch läßt sich schon ein Zustand mit nur 3 Microobjekten bloß durch Näherungslösungen beschreiben (Dreikörperproblem). Auch die Nukleonen im Kern des Atoms befinden sich in einenm Zustand der durch verschieden Quantenzahlen dargestellt wird. Im Vergleich zur Atomhülle sind die Abstände aber viel geringer und es gibt zwei Arten von Kräfte, die unterschiedliche Gesetzmäßigkeiten aufweisen. Es ist also im Vergleich zur Atomhülle noch viel komplizierter. In der Schule wird sogar bei der Atomhülle auf die Spin-Bahn-Kopplung nicht hingewiesen.
Das scheint eine nicht ganz einfache Frage zu sein, siehe z.B.
https://antwortenhier.me/q/warum-ist-technetium-instabil-32584361277
Da die theoretische stabile Linie in Abbildung 14.49 nach rechts abfällt, sollte nur eines der beiden ungeraden-geraden Isotope neben Technetium-98 instabil sein, und dasselbe gilt für die neben Promethium-146. Die beim Zerfall dieser ungeradzahligen Kerne freigesetzte Energie beträgt jedoch jeweils nur wenige hundert keV und liegt damit weit unter dem Niveau, für das die von Weizsäcker-Formel irgendwo von Bedeutung ist. Für Technetium und Promethium ist keines der benachbarten Isotope stabil. Dies ist ein qualitativer Fehler des von Weizsäcker-Modells. Aber es ist selten; es kommt nur für diese beiden der niedrigsten 82 Elemente vor.
Mattauchsche Isobarenregel
"... Der Unterschied der Ordnungszahlen zweier stabiler Isobare ist immer größer als eins ..."
https://de.wikipedia.org/wiki/Technetium#Isotope
https://de.wikipedia.org/wiki/Mattauchsche_Isobarenregel
Technetium ist bei Weitem kein Transuran (Ordnungszahl 43), dennoch sind alle Isotope radioaktiv. Das lässt sich empirisch damit erklären, dass seine Ordnungszahl ungerade ist, und die benachbarten Elemente (Mo, Ru) sehr stabil sind (viele stabile Isotope haben). Das heißt laut der Isobarenregel, dass es im PSE zwischen den beiden benachbarten Elementen von Tc keine oder kaum stabile Isotope geben kann.
Das einzige andere Element, das das Schicksal von Tc teilt, ist Promethium.
Die Isotopen sind schwerer als die Zerfallsprodukte um selber stabilier zu werden zerfallen diese dann.
Alle Elemente ab Uran sind instabil, weil deren Atomkerne so gross sind, dass sie leicht zerfallen.
Da es im Periodensystem der Elemente vor Uran steht und trotzdem radioaktiv ist, gilt es damit als Ausreißer. Es gibt ja noch andere Ausreißer bezüglich der Eigenschaften im PSE, z.B. Quersilber, das unter Normalbedingungen flüssig ist. Und da wären überhaupt Ausreißer von chemischen Substanzen, z.B. das Wasser mit seiner berühmten Anomalie. Niemand kennt die Basis für solche Ausreißer.
Also werden wir alle irgendwann Eisen? Aber das finde ich problematisch, da wir dann ohne Kohlenstoff, der ja dann auch Eisen ist, ja keine stahlharten Typen mehr sein könnten?!