Chemie 1

Kernladungszahl = Ordnungszahl

Zahl der Protonen im Kern + Zahl der Elektronen im Neutralatom

u

unified atomic mass unit

(=1,66 * 10⁻²⁴)

Protonen

positiv geladene Nukleonen

Atomkern

Durch Protonen und Neutronen gebildet

d = 10 fm (=10⁻¹⁵ m)

Nukleonen

Kernteilchen

Atom

"kleinstes Teilchen" - durch chemische Verfahren nicht weiter zerlegbar

Atomhülle

Aus Elektronen gebildet

d = 100 pm (=10⁻¹² m)

Neutronen

ungeladene Nukleonen

Elektronen

negativ geladene Teilchen. Besitzen praktisch keine Masse.

Massenverhältnis Protonen:Elektronen

1:2000

Verhältnis Kern:Hülle

1:10000 (10⁴)

4 Kräfte der Natur

Starke Wechselwirkungen (im Kern, RW sehr kurz)

Elektromagnetische Kraft (Ionen(stark), RW ~)

Schwache Wechselwirkungen (schwach, Bindungen)

Gravitation (schwach, RW unendlich)

Starke Wechselwirkungen

Halten die Nukleonen zusammen.

e = m*c²

Energie = Masse * Lichtgeschwindigkeit²

c = Konstante

→ Masse ist komprimierte Energie

→ Energie ist Masse äquivalent

Massendefekt

Die Differenz zwischen Summe der Einzelmassen und der bestimmten Masse des Atoms bei Kernfusion.

Beschreibt eine Energie die abgegeben wird!

Massenzahl

Zahl der Protonen und Neutronen

Element

Besteht aus identischen Atomen

Isotope

Sind Nuklide gleicher Protonenanzahl & unterschiedlicher Neutronenanzahl

Ame

Atommassen Einheit ¹/₁₂ Masse des ¹²C Nuklids

Reinelemente

Kommen in der Natur nur als einiges Isotop vor

Mischelemente

Verschiedene Isotope liegen in konstanten Mengenverhältnissen vor

Isotopeneffekt

Bei Isotopen zeigen sich in Reaktionen chemischen und physikalische Unterschiede.

z.B.: Reaktionsgeschwindigkeit

Je höher die Masse desto geringer der Isotopeneffekt.

¹H

"normaler" Wasserstoff

²H

D - Deuterium (0,014%)

³H

T - Tritium (Spuren, instabil)

Avogardo-Zahl/Loschmidt-Zahl

6,022 * 10²³

Radioaktivität

Eine Eigenschaft des Atomkerns.

Verschiedene Strahlungsarten lassen sich im elektrischen bzw. magnetischen Feld unterscheiden.

Korpuskularstrahlung

Teilchenstrahlung

Alpha-Strahlen

strahlt Heliumkern ⁴He⁺²

doppelt positiv geladen

ablenkbar im EM Feld

Korpuskularstrahlung mit sehr geringer Reichweite

[Blatt, Metall abschirmbar]

Beta-Strahlen

strahlt elektronen e⁻

einfach negativ geladen

ablenkbar im EM Feld

Korpuskularstrahlung mit geringer Reichweite

[Metall abschirmbar]

Gamma-Strahlen

Elektromagnetische Strahlung kurzer Wellenlänge

hohe Energie

nicht Ablenkbar

hohe (theoretisch unendliche) Reichweite

[Durch sehr Dichte Stoffe (Blei) abschirmbar]

Alpha-Strahlen:Beta-Strahlen

ca. 1:8000

Alpha Zerfall

Ionisierende Strahlung → He⁺²

E1 → E2 + He⁺²

OZ -2 (2 Protonen)

MZ -4 (2p & 2n)

Beta-Minus-Zerfall

Stabilisierungsmaßnahme bei zu vielen Neutronen

Ein Neutron im Kern zerfällt zu einen Proton und einem Elektron. → e⁻

E1 → E2 + e⁻

OZ +1

MZ bleibt gleich

Beta-Plus-Zerfall

Stabilisierungsmaßnahme bei zu vielen Protonen

Ein Proto im Kern zerfällt zu einen Neutron und einer positiven Ladung = Positron = Antimaterie. → e⁺

E1 → E2 + e⁺

OZ -1

MZ bleibt gleich

Elektroneneinfang

Ein Elektron wird aufgenommen.

Elektron wandert NICHT in den Kern (unmöglich)

Ein Proton wandert aus dem Kern und reagiert mit den Elektron zu einem Neutron.

E1 + e⁻ → E2

OZ -1

MZ bleibt gleich

Halbwertszeit

Jene Zeit in der nur noch die ¹/₂ Menge der Ausgangsmenge vorhanden ist

Massendefekt & Bindungsenergie OZ abhängig

Kernfusion < OZ Fe < Kernspaltung

Ab OZ von Eisen Mehr Energie durch Spaltung

Protonen/Neutronen-Verhältnis OZ

Stabiler Kern hat (bei steigender OZ) mehr Neutronen als Protonen

Anwendungsgebiete aktiver und stabiler Isotope

Synthese "radioaktiv-markierter" Substanzen

Diagnostik

Strahlentherapie

³H (=T)

HWZ 12,5a

(Beta-) Metabolismus-Forschung

³⁵S

HWZ 87d

(Beta-) Metabolismus-Forschung

³²P

HWZ 14d

(Beta-) Strahlentherapie am Knochengewebe

⁶⁰Co

HWZ 5,3a

(Beta-,Gamma) Strahlentherapie

²²⁶Ra

HWZ 1600a

(Alpha) Strahlentherapie

¹²³I

HWZ 13,2h

(Gamma) Szintigraphie (Schilddrüse, Milz)

¹³¹I

HWZ 8d

(Beta-,Gamma) Schilddrüsenfunktionsprüfung

⁹⁹Tc

HWZ 6h

(Gamma) Schilddrüsenüberfunktion