Kernchemie

Atomkerne bestehen (zumindest für Chemiker) aus Protonen und Neutronen. Die Anzahl der Protonen (Ordnungszahl) gibt den Ausschlag, um welches Element es sich handelt. Z.B. hat Wasserstoff ein Proton im Kern, Helium zwei, Kohlenstoff sechs und Sauerstoff acht.

Nun gibt es noch Neutronen im Kern. Die Anzahl dieser Neutronen bestimmt, um welches Nuklid es sich handelt. Der Begriff Isotop wird nicht mehr so gerne verwendet, obwohl er ungleich populärer ist.

Beim Wasserstoff gibt es z.B. drei bekannte Nuklide:

• "normalen" Wasserstoff (Protium) mit einem Proton,
• "schweren" Wasserstoff (Deuterium) mit einem Proton und einem Neutron im Kern und
• "überschweren" Wasserstoff (Tritium) mit einem Proton und zwei Neutronen im Kern.

Stabile Nuklide verändern sich mit der Zeit nicht. Instabile wandeln sich mit der Zeit in andere Nuklide um, wobei es eine ganze Reihe Umwandlungsprozesse gibt:

• Betazerfall: Hier wird ein Elektron ausgestrahlt und es entsteht ein Nuklid, das praktisch die gleiche Masse hat, aber in der Ordnungszahl eins höher ist.
• Alphazerfall: Hier wird ein Alpha-Teilchen ausgestrahlt. Dieses Teilchen besteht aus zwei Neutronen und zwei Protonen (prinzipiell also einem Heliumkern). Das entstehende Nuklid hat eine um zwei niedrigere Ordungszahl und eine um 4 niedrigere Massenzahl.

Dann gibt es noch einige exotische Zerfallarten:

• Positronenzerfall: Hier wird ein Positron (das Antiteilchen zum Elektron, also ein positiv geladenens Elektron) ausgestrahlt. Es entsteht ein Nuklid, das praktisch die gleiche Masse hat aber eine um eins kleinere Ordungszahl.
• Spontanteilung oder Spontanzerfall: Hier zerfällt der Kern in zwei Teile, die in etwa die gleiche Masse haben. Diese Zerfallart kommt nur bei Kernen mit sehr großer Masse in nennenswertem Umfang vor.
• Neutronenzerfall: Hier strahlt der Kern ein Neutron ab. Die Massezahl verringert sich um eins, die Ordnungszahl bleibt konstant.
• Elektroneneinfang: Hier wird ein Elektron aus der untersten S-Schale in den Kern "gesaugt" und ein Röntgen- bzw. Gammaquant ausgestrahlt. Es entsteht ein nahezu massengleiches Nuklid, das eine Stelle vorher im PSE steht.

Manchmal treten mehrere Zerfallarten nebeneinander auf.

Bei vielen Zerfällen treten neben den beschriebenen Partikeln noch hochernergetische elektromagnetische Strahlungen auf, sogenannte Gammastrahlung.

Ein spezieller Zerfall läuft immer mit der gleichen Geschwindigkeit ab. Nach einer bestimmten Zeit sind 50% der vorhandenen Teilchen zerfallen. Diese Zeit wird Halbwertszeit genannt. Sie ist für ein Nuklid konstant, also unabhängig von den äußeren Bedingungen wie Temperatur, Druck etc.