Jeder Atomkern, außer Wasserstoff, enthält sowohl Protonen als auch Neutronen. Kerne sind selbst mit einem Mikroskop zu klein, um sie zu sehen, und die Nukleonen (der Oberbegriff für Protonen und Neutronen) sind noch kleiner. Damit lässt sich die Anzahl der Neutronen zählen, aber die Wissenschaftler wissen immer noch, wie viele sich in den Kernen jedes Isotops jedes Elements befinden. Woher wissen sie es? Sie verwenden Techniken wie die Massenspektrometrie, um die Gesamtmasse der Atome eines bestimmten Elements zu messen. Sobald sie die Gesamtmasse kennen, ist der Rest einfach.
Die Gesamtmasse eines Atoms ist die Summe all seiner Protonen, Neutronen und Elektronen, aber Elektronen sind so leicht, dass sie für alle praktischen Zwecke keine Rolle spielen. Das heißt, die Masse eines Elements ist die Summe der Massen seiner Nukleonen. Die Anzahl der Protonen ist für jedes Atom eines bestimmten Elements gleich, und Protonen und Neutronen haben die gleiche Masse, also musst du nur subtrahieren Sie die Anzahl der Protonen von der Atommasse, gemessen in atomaren Masseneinheiten (amu), und Sie haben die Anzahl der Neutronen.
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Die Atommasse entspricht der Anzahl der Protonen plus der Anzahl der Neutronen, also finden Sie die Anzahl der Neutronen durch Subtrahieren der Anzahl der Protonen (d. h. der Ordnungszahl) von der Atommasse (in Atommasse) Einheiten). Runden Sie die Atommasse auf die nächste ganze Zahl, um die Anzahl der Neutronen im häufigsten Isotop zu finden.
Verwenden Sie das Periodensystem
Das Periodensystem listet alle Elemente nach steigender Protonenzahl auf, so dass der Platz, den ein Element in der Tabelle einnimmt, automatisch sagt, wie viele Protonen sich in seinem Kern befinden. Dies ist die Ordnungszahl des Elements und wird direkt unter dem Symbol für das Element angezeigt. Daneben steht eine weitere Zahl, die Atommasse. Diese Zahl ist immer größer als die Ordnungszahl und enthält oft einen Bruch, da sie ein Durchschnitt der Atommassen aller natürlich vorkommenden Isotope dieses Elements ist. Sie können es verwenden, um die durchschnittliche Anzahl von Protonen im Kern dieses Elements zu bestimmen.
Das Verfahren könnte nicht einfacher sein. Runden Sie die Atommasse auf die nächste ganze Zahl und ziehen Sie dann die Ordnungszahl des Elements davon ab. Die Differenz entspricht der Anzahl der Neutronen.
Beispiel
1. Wie viele Neutronen enthält der Urankern durchschnittlich?
Uran ist das 92. Element im Periodensystem, hat also die Ordnungszahl 92 und es hat 92 Protonen in seinem Kern. Das Periodensystem listet die Atommasse mit 238.039 amu auf. Runden Sie die Atommasse auf 238, ziehen Sie die Ordnungszahl ab und Sie haben 146 Neutronen. Uran hat im Verhältnis zur Anzahl der Protonen eine große Anzahl von Neutronen, weshalb alle seine Isotope radioaktiv sind.
Die Anzahl der Neutronen in einem Isotop
Die Anzahl der Neutronen im Kern eines bestimmten Elements kann variieren, und jede Version des Elements mit ihrer charakteristischen Neutronenzahl wird als Isotop bezeichnet. Alle bis auf 20 Elemente haben mehr als ein Isotop, und einige haben viele. Zinn (Sn) führt die Liste mit zehn Isotopen an, gefolgt von Xenon (Xe) mit neun.
Jedes Isotop eines Elements besteht aus einer ganzen Anzahl von Protonen und Neutronen, daher ist seine Atommasse die einfache Summe dieser Nukleonen. Die Atommasse eines Isotops ist niemals gebrochen. Wissenschaftler haben zwei Möglichkeiten, ein Isotop zu bezeichnen. Nimmt man ein Kohlenstoffisotop als Beispiel, kann man es als C-14 oder write schreiben 14C. Die Zahl ist die Atommasse. Ziehe die Ordnungszahl des Elements von der Atommasse des Isotops ab, und das Ergebnis ist die Anzahl der Neutronen im Kern dieses Isotops.
Im Fall von C-14 beträgt die Ordnungszahl des Kohlenstoffs 6, es müssen also 8 Neutronen im Kern vorhanden sein. Das sind zwei mehr als das häufigere, ausgewogene Isotop C-12. Die zusätzliche Masse macht C-14 radioaktiv.