Woran erkenn ich, was das stabilste Isotop ist eines Elementes ist?
Es gibt ja die magischen Zahlen für Protonen und Neutronen, welche indikatoren für stabilität sind. Jetzt beim Beispiel von Aluminium ist es aber ja so, dass das stabilste 28AL ist. Keine magische Zahl ist von den Protonen oder Neutronen erreicht. Wieso ist das so ?
3 Antworten
Zunächst mal ist das stabilste und einzig stabile Isotop ²⁷Al.
Der Grund liegt darin, dass die magischen Zahlen getrennt für Protonen und Neutronen gelten. Gerade Zahlen sind auch stabiler als ungerade, auch wieder getrennt, sodass Kerne mit einer ungeraden Protonenzahl doch lieber (oder meistens) eine gerade Neutronenzahl haben.
UU-Kerne mit ungerader Protonen- und Neutronenzahl sind eher selten stabil, ¹⁴N ist eine bekannte Ausnahme, und wandeln sich durch Betazerfall gern in GG-Kerne um.
Besonders stabil sind übrigens doppelt magische Kerne, mit magischer Protonen- und Neutronenzahl, ⁴He, ¹⁶O, ⁴⁰Ca und ²⁰⁸Pb.
Jetzt beim Beispiel von Aluminium ist es aber ja so, dass das stabilste ²⁸Al ist.
Nein, das ist ist nicht. Und es gibt tatsächlich eine Regel, nach der Du das sofort erkennen kannst: Das Al-Atom hat 13 Protonen, das ist eine ungerade Zahl. Deshalb muß die Neutronenzahl gerade sein, denn Kerne mit sowohl ungerader Zahl an Protonen und Elektronen sind immer instabil (dazu gibt es eine Handvoll Ausnahmen bei sehr leichten Kernen; der schwerste stabile (u,u)-Kern ist ¹⁴N).
Aus dieser Erkenntnis lassen sich übrigens mehrere Tendenzen ableiten. Dazu muß man noch zusätzlich wissen, daß Kerne nur dann stabil stabil, wenn das Verhältnis zwischen Protonen und Neutronen stimmt; für leichte Kerne läuft das meist darauf hinaus, daß die Protonenanzahl ungefähr gleich der Neutroneanzahl ist. Wenn man dann noch die Mattauchsche Isobarenregel kennt, kommt man zu folgenden Faustregeln:
- Bei Elementen mit gerader Protonenanzahl (im PSE gerade Gruppennummer) hat man es gewöhnlich mit einer Isotopenmischung zu tun, wobei das häufigste Isotop gleich viele Protonen wie Neutronen hat (z.B. ¹⁶O); daneben kann es noch ein oder zwei weitere stabile Isotope mit höherer Neutronenanzahl geben (z.B. ¹⁷O, ¹⁸O). Wenn die Kerne schwerer werden, gibt es eine Tendenz zum Neutronenüberschuß (bei Ca dominiert zwar das 1:1-Isotop ⁴⁰Ca, aber ⁴²Ca, ⁴³Ca, ⁴⁴Ca und sogar ⁴⁶Ca sind auch stabil).
- Elemente mit einer ungeraden Protonenzahl haben dagegen maximal 2 stabile Isotope mit gerader Neutronenanzahl rund um das stabile N/P-Verhältnis (z.B. ³⁵Cl/³⁷Cl, ³⁹K/⁴¹K, ⁶⁹Ga/⁷¹Ga, ⁷⁹Br/⁸¹Br, ²⁰³Tl/²⁰⁵Tl), oder überhaupt nur eines (z.B. ¹⁹F, ²³Na, ²⁷Al, ⁵¹V, ⁸⁵Rb, ¹⁹⁷Au). Manchmal kommen noch langlebige Radioisotope dazu (z.B. ⁴⁰K, ⁸⁷Rb).
- Schwerere Elemente mit gerader Protonenanzahl haben typischerweise mehrere stabile Isotope, z.B. ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W und ¹⁸⁶W zusätzlich zum sehr langlebigen ¹⁸¹W; dabei sind (g,g)-Kerne bevorzugt (185 und 183 sind nicht stabil).
dass das stabilste 28AL ist.
Wie kommst Du da drauf? Das stabile Isotop ist 27Al - siehe auch:
https://de.wikipedia.org/wiki/Aluminium
https://www.internetchemie.info/chemische-elemente/aluminium-isotope.php
PS: Ich erkenne das gar nicht, sondern sehe in einer passend aufbereiteten Isotopen-Tabelle mit Zerfallsdaten nach. Alle Regeln à la "magische Zahlen" (hier die 28) haben am Ende dann bei dem einen oder anderen Fall eine Ausnahme (hier 27), weil die quantenmechanische Detailrechnung dann doch etwas anderes ergibt.