Nuklid

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Als Nuklide bezeichnet man Arten von Atomen, deren Kerne gleichviele Protonen und gleichviele Neutronen enthalten.

Der Begriff Nuklid, der den Begriff Isotop verallgemeinert, wurde 1947 von Truman P. Kohman vorgeschlagen[1] und in der Fachwelt sofort aufgegriffen. Bereits im Jahr 1952 formulierten Samuel Glasstone und Milton Edlund in ihrem Buch The elements of nuclear reactor theory[2] den Unterschied zwischen den Begriffen Nuklid und Isotop:

„Obwohl die Mehrheit der Elemente natürlich als eine Mischung aus Isotopen existieren, treten etwa 20 nur als einzelne Spezies auf. Aus diesem und anderen Gründen hat man es als wünschenswert empfunden, den Terminus Nuklid einzuführen. Er wird verwendet, um eine zu beschreibende Atomspezies durch die Zusammensetzung ihres Atomkerns zu beschreiben, das heißt, durch die Anzahl von Protonen und Neutronen, die sie enthält. Ein Isotop ist folglich eines aus einer Gruppe von zwei oder mehreren Nukliden, die die gleiche Anzahl von Protonen besitzen, das heißt, die gleiche Ordnungszahl, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen. Von einem Element wie Fluor, von dem nur eine Spezies in der Natur existiert, sagt man, es bilde ein einziges stabiles Nuklid.“

Der Begriff Isotop unterscheidet sich vom Begriff Nuklid also darin, dass er die Zugehörigkeit zu einem bestimmten Element aus dem chemischen Periodensystem betont. Im Begriff Nuklid wird bisweilen auch ein bestimmter Energiezustand des Atomkerns mit eingeschlossen, sofern er hinreichend langlebig ist, d. h., Kernisomere werden als eigene Nuklide gezählt.[3]

Schreibweisen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein Nuklid X wird formelmäßig wie folgt bezeichnet:[4]

Dabei ist das Elementsymbol, die Massenzahl (Nukleonenzahl, d. h. die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen) und die Ordnungszahl (Kernladungszahl, d. h. die Zahl der Protonen). Das etwaige Hochzeichen rechts oben am Elementsymbol bezeichnet entweder einen Ionisationszustand (Ionenladung, z. B. „+“, „2+“) oder einen energetischen Anregungszustand (z. B. in Form eines Sternchenzeichens oder einer Energie, wie 4,4 MeV) des Atoms oder – je nach dem Zusammenhang – des Atomkerns. Rechts unten kann ein stöchiometrischer Index, also die Zahl solcher Atome im Molekül einer Verbindung, angeschrieben werden. In der Kernphysik wird rechts unten gelegentlich die Neutronenzahl des Kerns angegeben, beispielsweise im Kerndatenbetrachter JANIS 4 der NEA.[5]

Kernisomere werden durch den Kleinbuchstaben „m“ (für „metastabil“) ohne Zwischenraum hinter der Massenzahl gekennzeichnet[4][6] (zur Unterscheidung mehrerer Isomere eines Kerns kann dem „m“ eine Zahl nachgestellt sein, z. B. 152m1Eu).

Beispiele:

,
(teilweise auch ),[7]

in vereinfachten Schreibweisen

60Co oder Co-60,
110mAg, 110Agm oder Ag-110m.

In den vereinfachten Schreibweisen wird die Kernladungszahl fortgelassen; sie ist ja bereits durch das Elementsymbol festgelegt.

In älterer Literatur (vor etwa 1960) findet man auch rechts oben angeschriebene Massenzahlen, also z. B. 27Co60 oder Co60.

Klassen von Nukliden[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die verschiedenen Nuklide ein und desselben chemischen Elements, also mit gleicher Anzahl an Protonen, werden als Isotope dieses Elements bezeichnet. Bis zur internationalen Einführung des Begriffs Nuklid (ca. 1950) wurde „Isotop“ verwirrend auch in der allgemeinen Bedeutung Atomsorte gebraucht; zuweilen geschieht dies noch heute (2015).

Nuklide mit gleicher Massenzahl heißen Isobare (von griechisch für gleich schwer), Nuklide mit gleicher Neutronenzahl Isotone. Isomere sind Nuklide, deren Atomkerne sich bei gleicher Ladung und gleicher Massenzahl in verschiedenen inneren Zuständen befinden. Instabile Nuklide sind radioaktiv und werden Radionuklide genannt.

Bezeichnung Charakteristikum Beispiele Bemerkungen
Isotope gleiche Protonenzahl
Isotone gleiche Neutronenzahl
Isobare gleiche Massenzahl siehe Betazerfall
Spiegelkerne Neutronenzahl und Protonenzahl vertauscht Spezialfall der Isobare
Isodiaphere gleicher Neutronenüberschuss
Isomere unterschiedliche innere Zustände nur langlebige Zustände

In der Natur existieren 256 Nuklide, die nach derzeitigem Kenntnisstand für stabil gehalten werden, und etwa 80 Radionuklide. Über 3000 weitere Radionuklide wurden künstlich erzeugt.[8]

Nuklidkarten geben eine Übersicht über Massenzahlen, Protonen- und Neutronenzahlen und meist auch Zerfallsarten und Halbwertszeiten der bekannten Nuklide.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Truman Paul Kohman: Proposed New Word: Nuclide. In: American Journal of Physics. Bd. 15, Nr. 4, 1947, S. 356–357, doi:10.1119/1.1990965.
  2. Samuel Glasstone, Milton C. Edlund: The elements of nuclear reactor theory. MacMillan, London 1952, S. VII, 416. S. 3.
  3. A. D. McNaught, A. Wilkinson: nuclide. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). 2. Auflage. Blackwell Scientific Publications, Oxford 1997, ISBN 0-9678550-9-8, doi:10.1351/goldbook.N04257 (englisch, XML online korrigierte Fassung: http://goldbook.iupac.org/N04257.html (2006–) erstellt von M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; mit Aktualisierungen von A. Jenkins – ).
  4. a b Norm DIN 1338: Formelschreibweise und Formelsatz. März 2011. S. 8, Abschnitt 3.5 „Atomphysikalische und chemische Angaben an den Symbolen der Elemente“.
  5. Janis 4 – Java-based Nuclear Data Information System
  6. Norm DIN 6814-4: Begriffe in der radiologischen Technik – Teil 4: Radioaktivität. Oktober 2006. S. 13, Anhang A „Erläuterungen zur Schreibweise von Nukliden“.
  7. Symbols, Units, Nomenclature and Fundamental Constants in Physics. IUPAP, 1987, S. 9, abgerufen am 10. März 2015 (PDF, englisch).
  8. J. Magill, G. Pfennig, R. Dreher, Z. Sóti: Karlsruher Nuklidkarte. 8. Auflage. Nucleonica GmbH, Eggenstein-Leopoldshafen 2012, ISBN 92-79-02431-0 (Wandkarte) bzw. ISBN 978-3-00-038392-2 (Faltkarte), ISBN 92-79-02175-3 (Begleitbroschüre).