Warum sind nicht alle Atommassen ganze Zahlen?

Warum sind nicht alle Atommassen ganze Zahlen?

In der Chemie lernen wir die Atomgewichtstabelle kennen, die uns die Massen der Atome aller bekannten Elemente in atomaren Masseneinheiten (amu) auflistet. Diese Tabelle erweckt den Anschein, als wären alle Atommassen ganze Zahlen. Doch in Wirklichkeit ist das nicht der Fall.

Isotope und ihre Auswirkungen

Eine der Hauptursachen für die Abweichungen von ganzen Zahlen sind Isotope. Isotope sind Atome desselben Elements, die jedoch eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Kern haben. Neutronen tragen etwa die gleiche Masse wie Protonen, haben aber eine neutrale Ladung. Daher können unterschiedliche Isotope desselben Elements unterschiedliche Massen haben.

Beispielsweise hat Wasserstoff drei Isotope: Protium, Deuterium und Tritium. Protium enthält ein Proton und kein Neutron, Deuterium ein Proton und ein Neutron und Tritium ein Proton und zwei Neutronen. Folglich haben Protium, Deuterium und Tritium unterschiedliche Atommassen: 1 amu, 2 amu bzw. 3 amu.

Massendefekt und Kernfusion

Eine weitere Ursache für die Nicht-Ganzahligkeit der Atommassen ist der Massendefekt. Wenn Atomkerne miteinander verschmelzen (Kernfusion), wird ein Teil der Masse in Energie umgewandelt, nach Einsteins berühmter Formel E=mc². Dadurch ist die Gesamtmasse des neuen Atomkerns geringer als die Summe der Massen der ursprünglichen Kerne.

Beispielsweise verschmilzt bei der Kernfusion von zwei Wasserstoffkernen (Protium) zu einem Heliumkern ein gewisser Betrag an Masse in Energie. Folglich hat der Heliumkern eine geringere Masse als die Summe der beiden Wasserstoffkerne.

Auswirkungen auf die Atomgewichtstabelle

Die Existenz von Isotopen und der Massendefekt führen zu Abweichungen von ganzen Zahlen in der Atomgewichtstabelle. Die Atommassen der Elemente in der Tabelle sind Durchschnittswerte, die das Vorhandensein von Isotopen und den Massendefekt berücksichtigen.

Diese Abweichungen sind zwar gering, haben aber dennoch Auswirkungen auf chemische Berechnungen und das Verständnis der Atomstruktur. Sie unterstreichen die Komplexität der Materie auf atomarer Ebene und die wichtige Rolle, die Isotope und Kernreaktionen dabei spielen.