Frage von Levin77, 109

Frage zur Massenzahl beim Alpha-Zerfall!?

Beim Alpha-Zerfall, verringert sich die Massenzahl (Mz) laut Internet und jeglichen anderen Quellen um 4 Einheiten. Uran hat eine Mz von 238. Minus 2 durch das abgestrahlte Heliumatom bei der Ordnungszahl wäre dann Thorium. Thorium hat eine Mz von 232. Wie kann es dann sein, dass wenn Helium eine Mz von 4 hat, die Differenz bei der Mz zwischen Uran und Thorium 6 ist? Wo kommen die anderen 2 Einheiten her? Ich hoffe ich konnte mein Problem verständlich schildern. Vielen Dank und schönen Tag noch.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von indiachinacook, Community-Experte für Chemie, 26

Du machst den Fehler, daß Du verschiedene Th-Isotope in einen Topf wirfst. Jedes Atom mit mit  90 Protonen heißt „Thorium“, egal wieviele Neutronen es hat.

Das stabilste Th-Isotop ist das ²³²Th, das eine Halbwertszeit von 14 Milliarden Jahren hat. Die Atome, die man heute auf der Erde findet, sind bei Supernova-Explosionen vor 5 bis 10 Milliarden Jahren entstanden, und die meisten der damals ent­standenen sind noch übrig. Man sagt auch, ²³²Th sein ein prim­ordiales Isotop, weil es noch vom Ursprung der Element­synthese stammt.

Wenn ²³⁸U zerfällt (HWZ 5 Milliarden Jahre, auch primordial), dann entsteht aber ²³⁴Th. Das ist sehr kurzlebig, es ist ein β-Strahler mit einer Halb­werts­­zeit von 24 Tagen und ergibt offen­bar das eben­falls kurz­lebige ²³⁴Pa. Damit ist es Teil einer der drei natürlichen Zerfallsketten (4n+2). Wegen dieser kurzen Lebens­zeit ist es geologisch völlig unbedeutend und tritt im Natur­thorium gar nicht auf (außer vielleicht in gemischen Th/U-Erzen, wenn es sowas gibt).

Stattdessen findet man es in winzigen Spuren in Uranerzen.

Expertenantwort
von Franz1957, Community-Experte für Physik, 20

Du meintest sicher: Thorium hat eine Mz von 232. Das ist, ein ganz klein wenig gerundet, die Atommasse, die man in den Tabellen findet.

Es ist üblich, in den Tabellen als Atommasse eines Elements den Wert anzugeben, den man chemischen Labormethoden herausfindet. Das ist der
Durchschnittswert der Atommassen der verschiedenen Isotope, gewichtet in dem Mischungsverhältnis, wie sie in der Natur vorkommen.

Bei vielen Elemente enthält die natürliche Isotopenmischung mehrere Isotope in größeren Anteilen. Beim Thorium ist es anders: Th-232 das in der Natur zu praktisch 100 % allein vorkommende Thorium-Isotop. Deshalb bestimmt dieses eine Isotop den Durchschnittswert.

Die anderen bekannten Thorium-Isotope (man kennt welche mit Mz. 209 bis 238) kommen in der Natur entweder gar nicht vor und entstehen nur im Labor. Oder sie kommen in der Natur in Spuren vor, darunter auch Th-234, eben weil es beim Uranzerfall entsteht und ein paar Tage Halbwertszeit hat.

Hier sind alle bekannten Thorium-Isotope aufgelistet: https://en.wikipedia.org/wiki/Isotopes\_of\_thorium


Kommentar von Franz1957 ,

Manche Elemente haben als "offizielle" Atommassen auffallend krumme Zahlen, z.B.:

  • Magnesium: 24,305
  • Chlor: 35,45
  • Titan: 47,867
  • Eisen: 55,845
  • Kupfer: 63,546
  • Zinn: 65,38

Das kommt durch das natürliche Isotopengemisch zustande. Z.B. beim Magnesium ist das natürliche Isotopengemisch dieses:

  • 78,99 % Mg-24
  • 10,00 % Mg-25
  • 11,01 % Mg-26

 

Kommentar von Franz1957 ,

Siehe auch hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Atommasse im Abschnitt: Messung

Kommentar von Levin77 ,

Super erklärt, vielen Dank :)

Antwort
von rolle216, 62

Du musst zwei Dinge betrachten: Die Massenzahl und die Ordnungszahl (erstere gibt die Anzahl der Kernteilchen an und die zweite die Anzahl der Protonen im Kern). Außerdem hat das betrachtete Uran-Isotop die Massenzahl 238 und nicht 338. Uran238 hat eine Ordnungszahl von 92. Somit landest du nach dem Alpha-Zerfall bei einem Teilchen mit Massenzahl 234 und Ordnungszahl 90. Und das ist dann das Thorium-Isotop Thorium234.

Kommentar von Levin77 ,

Ja tut mir leid, hatte mich mit der hunderter Stelle verschrieben. Auf 234 bei der Massenzahl bin ich ja auch gekommen. Aber überall im Internet steht das Thorium eine Massenzahl von 232 und nicht von 234 hat. Das ist ein wenig verwirrend..

Zum Beispiel hier: http://www.periodensystem.info/elemente/thorium/

Kommentar von OlliBjoern ,

Die Elemente haben verschiedene Isotope. Ein Element (z.B. Th) ist durch seine Protonenzahl definiert, egal, wie viele Neutronen es noch zusätzlich hat. Beim Thorium gibt es eben sowohl 232 und 234 (und noch andere). Beim Uran gibt es ja die bekannten Isotope 235 und 238 (und das hat auch noch andere).

Kommentar von rolle216 ,

Genau. Was den Zerfall betrifft benötigt man eine Nuklidkarte statt eines Periodensystems. Da werden die Isotope berücksichtigt.

Antwort
von gilgamesch4711, 18

  Zunächst mal heißt es nicht Uran DREI Hundert , sondern 238 . Ich empfehle dir dringend von Herbert Graerwe die " Atomphysik " bei Dümmler; mir liegt noch die Ausgabe von 1963 vor. Ich bekam sie 67 an meinem 16. Geburtstag. Daddy meinte, ich sei nun erwachsen; ich solle mir erst mal einen doppelten Whiskey genehmigen ( den ersten Whiskey in meinem Leben; er hatte mir eine Flasche geschenkt. )

   Übrigens. Bei Amazon fand ich eine Mega schicke neuauflage des Graewe von 1980 . Ein fesselndes Buch, dessen originelle Beiträge dir im Unterricht sicher weiter helfen werden.

   Ich brachte es mal einem Kollegen mit, einem Atomkraftgegner, der sich für die Halbwertszeiten der ganzen Isotope intresssierte. Die vollständige Isotopenaufstellung am Ende des Buches ist wohl einmalig; quasi das vollständigste Periodensystem, das mir je unter gekommen ist. Dort steht: Uran 238 zeigt einen Alfazerfall mit Halbwertszeit von 4 Mrd. Jahren so wie konkurrierend Spontanspaltung mit (E15) Jahren.

   Ich finde auch das Endprodukt Thorium 234 ; dieses zeigt ß-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 34 d . Wo ist das problem?

Antwort
von Roderic, 51

Uran(238) zerfällt zu Thorium(234) unter Abgabe eines Alphateilchens He(4). Differenz stimmt doch.

https://de.wikipedia.org/wiki/Uran-Radium-Reihe

Deine Verwirrung stammt daher, daß dieses Thorium(234) selber nur ein instabiles Isotop von dem ansonsten stabilen Thorium(232) ist. Das erstere zerfällt nach 24 Tagen weiter zu Proactinium(234). usw usf.

weiteres siehe Link oben.

Kommentar von Levin77 ,

Okay, scheinbar wirklich, aber warum ist dann die "offizielle" Massenzahl von Thorium laut Wikipedia etc., 232?

Kommentar von Reggid ,

ein element hat nie eine fixe massenzahl. nur eine ordnungszahl. daher weiß ich nicht was du hier nachgeschaut hast.

von jedem element gibt es verschiedene isotope mit unterschiedlicher massenzahl.

für thorium hast du z.B. 

https://en.wikipedia.org/wiki/Isotopes_of_thorium

Kommentar von Levin77 ,

Achso okay, vielen Dank für die Aufklärung. Ich kenne mich auf diesem Themengebiet noch nicht sehr aus. Hast du gut erklärt.

Kommentar von Franz1957 ,

Die "offizielle" Massenzahl ist ein Durchschnittswert, der sich aus der natürlichen Isotopenmischung bei dem jeweiligen Element ergibt, siehe meine Antwort.

Kommentar von Roderic ,

ansonsten stabilen Thorium(232)

Naja - stimmt nicht ganz - ist auch instabil - aber mit einer Halbwertszeit von 15Mrd Jahren. Tschuldigung ;-)

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