Sandbox · Live-Simulation
Fügen Sie ein Proton hinzu, verändern Sie das Element. Fügen Sie ein Neutron hinzu, verändern Sie das Isotop. Fügen Sie ein Elektron hinzu, erzeugen Sie ein Ion. Alles darunter wird sofort aktualisiert.
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HERAUSFORDERUNGSMODUS
Der Herausforderungsmodus ist ausgeschaltet.
Schalten Sie ihn für zwölf Rätsel zum Aufbau dieses Nuklids ein.
Was Sie betrachten
Die Anzahl der Protonen – die Ordnungszahl Z – ist das Element. Sechs Protonen ergeben Kohlenstoff, und nichts anderes kann Kohlenstoff sein. Wenn Sie Z ändern, haben Sie ein Element in ein anderes umgewandelt – genau das, was Alchemisten erreichen wollten und was Kernreaktoren tun.
Neutronen erhöhen die Masse und schwächen entscheidend die elektrostatische Abstoßung zwischen Protonen. Bei zu wenigen oder zu vielen zerfällt der Atomkern. Gleiches Element, unterschiedliche Neutronenzahl = ein anderes Isotop: Kohlenstoff-12 ist für immer stabil, Kohlenstoff-14 hat eine Halbwertszeit von 5.730 Jahren.
Chemie ist vollständig eine Geschichte über Elektronen. Entfernen Sie eines, erhalten Sie ein positives Kation; fügen Sie eines hinzu, erhalten Sie ein negatives Anion. Atome nehmen Elektronen auf, geben sie ab und teilen sie, um eine vollständig besetzte Außenschale zu erreichen — dieser eine Antrieb erklärt beinahe jede Reaktion, die Sie jemals untersuchen werden.
Das Stabilitätsurteil
Trägt man jedes bekannte Nuklid mit Protonen auf der einen und Neutronen auf der anderen Achse auf, bilden die stabilen Nuklide ein schmales, gekrümmtes Band — das Stabilitätstal. Leichte Elemente liegen nahe bei N = Z. Mit zunehmendem Z stoßen sich Protonen stärker ab, und der Atomkern benötigt verhältnismäßig mehr Neutronen, um gebunden zu bleiben; daher biegt sich das Band nach oben in Richtung N ≈ 1,5 Z.
Liegt ein Nuklid oberhalb des Bandes, ist es neutronenreich: Ein Neutron wird in ein Proton umgewandelt und es emittiert ein Elektron (β⁻-Zerfall). Liegt es darunter, ist es protonenreich, sodass ein Proton in ein Neutron umgewandelt wird und es ein Positron emittiert (β⁺-Zerfall). Hinter Bismut (Z = 83) endet das Tal einfach — keine Anordnung von Neutronen kann so viele Protonen auf unbegrenzte Zeit zusammenhalten.
Neutronen (vertikal) in Abhängigkeit von Protonen (horizontal) · Ihr Aufbau ist markiert
Häufige Fragen
Ein Isotop unterscheidet sich in der Anzahl der Neutronen — dasselbe Element, eine andere Masse, dieselbe Chemie. Ein Ion unterscheidet sich in der Anzahl der Elektronen — dasselbe Element, dieselbe Masse, eine sehr unterschiedliche Chemie. Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14 sind Isotope voneinander; Na und Na⁺ sind ein Atom und sein Ion. Wenn Sie stattdessen Protonen verändern, haben Sie das Element vollständig verändert.
Die klassische Physik besagt, dass eine umlaufende Ladung Energie abstrahlt und innerhalb von etwa 10⁻¹¹ Sekunden kollabieren müsste. Das tut sie nicht, und genau dieses Versagen zwang die Quantenmechanik ins Leben. Ein Elektron in einem Atom umkreist den Atomkern überhaupt nicht: Es befindet sich in einer stehenden Welle mit einer festgelegten niedrigsten Energie. Es gibt keinen niedrigeren Zustand, in den es fallen könnte. Die hier gezeichneten Ringe dienen lediglich der Veranschaulichung — der Orbital-Viewer auf jeder Elementseite zeigt die tatsächliche Wahrscheinlichkeitswolke.
Die Schale n enthält höchstens 2n² Elektronen: 2, 8, 18, 32 und so weiter. Schalen werden jedoch nicht streng der Reihe nach aufgefüllt — 4s wird vor 3d aufgefüllt, weil es eine niedrigere Energie besitzt; das ist die Madelung-Regel, der dieser Builder folgt. Genau diese Reihenfolge erklärt, weshalb die Übergangsmetalle in der Mitte des Periodensystems einen Block bilden.
Eisen-56 (und Nickel-62) liegen am Gipfel der Kurve für die Bindungsenergie pro Nukleon. Die Fusion von etwas Leichterem setzt Energie frei; die Spaltung von etwas Schwererem setzt Energie frei; Eisen tut weder das eine noch das andere. Deshalb endet die Fusion in einem massereichen Stern bei Eisen, weshalb der Kern anschließend kollabiert und weshalb jedes Element, das in Ihrem Körper schwerer als Eisen ist, in einer Supernova oder bei der Kollision von Neutronensternen und nicht durch gewöhnliche Sternverbrennung entstanden ist.
Nicht hier und bisher auch noch nicht in einem Labor. Dieser Builder endet bei 118, weil dort das Periodensystem derzeit endet. Teams in Japan, Russland und den Vereinigten Staaten beschießen seit über einem Jahrzehnt Actinoid-Ziele mit Strahlen, um 119 und 120 herzustellen; die Atomkerne zerfallen schneller, als ein Detektor sie registrieren kann.