Warum ist die Atommasse von Chlor keine ganze Zahl?

Warum ist die Atommasse von Chlor keine ganze Zahl? – Ein Blick in die Welt der Isotope

Die Atommasse von Chlor wird in Lehrbüchern und Periodensystemen oft mit 35,5 u angegeben – ein Wert, der im Gegensatz zu den meisten anderen Elementen keine ganze Zahl darstellt. Dieser scheinbare Widerspruch erklärt sich durch das Phänomen der Isotope.

Ein Element wird durch die Anzahl der Protonen in seinem Atomkern definiert, die Ordnungszahl. Chlor hat die Ordnungszahl 17, bedeutet also, dass jedes Chloratom 17 Protonen besitzt. Die Atommasse hingegen wird durch die Summe von Protonen und Neutronen im Kern bestimmt. Hier liegt der Schlüssel zum Verständnis der nicht-ganzzahligen Atommasse von Chlor.

Chlor kommt in der Natur nicht als einziges Nuklid vor, sondern als ein Gemisch verschiedener Isotope. Isotope sind Atome desselben Elements, die sich in der Anzahl ihrer Neutronen unterscheiden, somit also in ihrer Atommasse. Die beiden häufigsten Chlorisotope sind:

• Chlor-35 (³⁵Cl): Dieses Isotop besitzt 17 Protonen und 18 Neutronen (17 + 18 = 35).
• Chlor-37 (³⁷Cl): Dieses Isotop besitzt 17 Protonen und 20 Neutronen (17 + 20 = 37).

Die im Periodensystem angegebene Atommasse von 35,5 u ist kein Wert, der einem einzelnen Chloratom entspricht. Stattdessen repräsentiert sie den mittlere gewichteten Atommasse aller natürlich vorkommenden Chlorisotope. Die Häufigkeit von ³⁵Cl liegt bei etwa 75,77%, während ³⁷Cl mit etwa 24,23% vertreten ist. Dieser gewichtete Durchschnitt berechnet sich wie folgt:

(0,7577 35 u) + (0,2423 37 u) ≈ 35,5 u

Die resultierende Atommasse von 35,5 u ist somit ein Ausdruck der natürlichen Isotopenzusammensetzung von Chlor. Diese Zusammensetzung kann geringfügig variieren, je nach der Quelle des Chlor-Probenmaterials (z.B. Meerwasser vs. Gesteinsproben). Deshalb handelt es sich bei 35,5 u um einen Durchschnittswert und keine exakte, konstante Zahl.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Atommasse von Chlor ist keine ganze Zahl, weil Chlor als Gemisch verschiedener Isotope vorkommt, deren jeweilige Massen und Häufigkeiten in den gewichteten Mittelwert einfließen. Dieses Prinzip gilt auch für viele andere Elemente im Periodensystem. Nur Elemente, die in der Natur ausschließlich als ein einziges Isotop vorkommen, weisen eine ganzzahlige (bzw. sehr nah an einer ganzen Zahl liegende) Atommasse auf.