Frage von multiray, 79

Haben Atome ein Ablaufdatum?

Jedes Element zerfällt ja irgendwann, aber haben Atome auch ein Ablaufdatum, bei denen die dann zerfallen?

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 13

Jedes Element zerfällt ja irgendwann,…

Nicht Elemente zerfallen, sondern Atomkerne, und zwar exponentiell:

(1) n(t) = n₀·e^{–λ·t} = n(t=0)·e^{–λ·t},

sodass es eine Halbwertszeit

(2) T[½] = ln(2)/λ

gibt, in der n auf die Hälfte abnimmt:

(3) n(T[½]) = n₀·e^{–λ·T[½]} = n₀·e^{–ln(2)} = n₀·½

Dabei ist n(t) die Stoffmenge eines Nuklids (»Atomkernsorte«) zum Zeitpunkt t und λ die sogenannte Zerfallskonstante, ein Maß dafür, »wie schnell« das Nuklid abnimmt.

Etliche Nuklide wie ¹H, ²H, ³He, ⁴He,…, ¹²C,… sind stabil, d.h. λ=0, und halten quasi ewig (zumindest in der gegenwärtigen Phase des Kosmos).

Zu welchem Element ein Nuklid gehört, das entscheidet die Anzahl der Protonen im Kern, auch Kernladungszahl Z genannt.

Die Anzahl der Neutronen und damit die Atommasse kann hingegen variieren. Unterschiedliche Nuklide desselben Elements heißen verschiedene Isotope, und die haben unterschiedliche Halbwertszeiten, sofern sie nicht stabil sind.

Elemente werden als radioaktiv bezeichnet, wenn sie keine stabilen Isotope haben, das Alkalimetall Francium zum Beispiel, aber auch viele Elemente jenseits von Z = 82 (Blei).

…haben Atome auch ein Ablaufdatum, bei denen die dann zerfallen?

Nein - übrigens auch dann nicht, wenn das Nuklid radioaktiv ist.

Das exponentielle Zerfallsgesetz (1) rührt daher, dass die Wahrscheinlichkeit, in einem Zeitabschnitt Δt zu zerfallen respektive sich in Δt in sein Tochternuklid umzuwandeln, völlig unabhängig von der Zeit, eine unveränderliche intrinsische Eigenschaft des Nuklids ist. 

Antwort
von Wunnewuwu, 24

Radioaktive Elemente zerfallen - richtig. Die Halbwertszeit gibt dabei die Zeitspanne an, in der im Mittel 50% des Elements zerfallen sind. Zerfall heißt aber nicht, dass das Element weg ist. Je nachdem, um welchen Zerfall es sich handelt (alpha-, beta-, gamma-Strahlung) kann ein anderes Element entstehen. Was du dann beobachten kannst ist eine Zerfallreihe, in der viele Elemente enthalten sind.

Die Elemente im Periodensystem sind sogenannte stabile Elemente. Die zerfallen nicht. Steht ein stabiles Element am Ende der Zerfallsreihe ist auch die Radioaktivität weg.

Hier auf der Karte siehst du wie viele Elemente existent sind:

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/db/Isotopentabelle\_Segre...

in schwarz sind die stabilen Kerne - ohne "Ablaufdatum".

LG

Antwort
von zalto, 3

Nein. Wenn Kerne zerfallen, dann tun sie das in einen niedrigeren Energiezustand hinein. Bei der Umwandlung wird Energie frei.

Ein Atom mit seiner Elektronen-Hülle befindet sich in seinem Grundzustand bereits im niedrigstmöglichen Energiezustand. Es benötigt zum "Zerfallen" Energie.

Antwort
von gilgamesch4711, 3

  Der Vater meines Klassenkameraden " Reiner " las seinem Sohnemann jeden Abend einen Streich von Max & Moritz vor:

  " Dieses war der erste Streich; doch der zweite folgt morgen Abend ... "

   
Dies also Teil 2 meiner Einlassung. Ein Grund legender Nachteil dieses
Forums im Vergleich zu ===> Lycos: In Lycos darfst du auf jede Frage
nur eine Antwort geben; weitere Beiträge werden chronologisch richtig
als " Ergänzungen " angefügt.

Vom Standpunkt der QM ist der
radioaktive Zerfall ein typischer Einteilchenprozess; die Atome wissen
gar nichts voneinander; beeinflussen sich nicht. Gegenbeispiel wäre etwa
der Laser, wo alle Photonen eine ===> kohärente Lichtquelle bilden.

  
Hier musst du etwas Grundsätzliches verstehen. Radioaktivität ist ein
Phänomen, das es klassisch gar nicht geben dürfte. Entweder ist das Atom
stabil. Oder es besitzt überschüssige Energie; dann dürfte es sich gar
nicht bilden.

    Stellen wir uns z.B. einen Alfastrahler vor.
Vielleicht ist dir ja von der ===> Kernfusion bekannt, dass der
stabilste Atomkern rein von der Bindungsenergie das Alfateilchen ist.
Machen wir daher die Näherung, dass sich spontan zwei Protonen und zwei
Neutronen zum Heliumkern zusammen finden; dieses Alfateilchen möge sich
quasi als Massenpunkt in dem Potenzialtopf der ===> starken
Wechselwirkung bewegen.

   Es gibt jetzt das ===>
Tröpfchenmodell von der Kernmaterie; d.h. genau wie ein Wassertropfen
entwickelt der Atomkern an der Oberfläche eine Oberflächenspannung.
Gegen diesen Potenzialwall muss das Alfateilchen anrennen - schafft es
nie. Nummerische Modelle ===> Gamov-Teller-Teorie belegen, dass das
Alfateilchen ewig in diesem Potenzialtopf gefangen ist.

   Jetzt
schau dir mal die QM Beziehung zwischen Wellenlänge und Impuls an; d.h.
das ===> Plancksche Wirkungsquantum h verknüpft eine typische Größe
des Teilchenbildes mit dem Wellenbild. Je LANGSAMER das Alfateilchen,
desto GRÖSSER seine Wellenlänge - und diese Wellenlänge ist GROSS gegen
die Breite des Potenzialwalls der Oberflächenspannung. Gemäß der Deutung
von ===> Max Born handelt es sich bei diesen Wellen um
Wahrscheinlichkeitswellen; wenn du also außerhalb des Kernradius noch
eine signifikante Amplitude nachweisen kannst, entkommt das
Alfateilchen. Man bezeichnet diesen Vorgang als ===> Tunneleffekt,
weil es ( paradox ) so wirkt, als wenn sich das Alfateilchen unter das
unüberwindliche Potentialhindernis hindurch buddelt und dabei (
scheinbar ) den Energiesatz durchbricht.

   In unserem
Zusammenhang wäre es von Vorteil, wenn du dir mal anschaust, wie die
Verstärkerröhren in der Steinzeit funktionierten.   Eine Katodenheizung
von 5 V leistete die Austrittsarbeit für die ganzen Elektronen; und in
dem Röhrenvakuum wurden die dann mit typisch 100 V auf die Anode zu
beschleunigt. Dieser Anodenstrom wurde mittels ===> Gitterelektroden
moduliert, denen die zu verstärkende Spannung zugeführt wurde.

  
Doch am Anfang der Vakuumröhren wusste man noch nicht mal, dass es
Elektronen gibt. Niemand kam auf den Gedanken, die Katode zu heizen.
Statt mit 100 V begann man mit einer Million volt - aller Anfang ist
schwer. Irgendwie ist plausibel, dass der Anodenstrom exponentiell mit
der Spannung wächst - bloß warum?

   So bald du nachdenkst,
passiert auch hier wieder das Rätselhafte. Die positiven Atomrümpfe
bilden ein rücktreibendes Kraftfeld, dem das Elektronengas  erst
entkommen könnte, wenn die von Außen anliegende Feldstärke größer wird -
no chance; no means; no way. Statt dessen TUNNELT der Dunkelstrom durch
diese Potenzialbarriere an der Oberfläche; und je höher das Potenzial
im Vakuum, desto mehr Elektronen haben die Aussicht zu entkommen.

   Genau das Prinzip der Dunkelentladung liegt dem ===> Rastertunnelmikroskop zu Grunde.

Antwort
von gilgamesch4711, 6

 Siiste; ist wieder abgestürzt. Verdammte Sche kße.

  Ehrlich gesagt - ich weiß gar nicht, wo ich anfangen, wie ich aufhören soll. Ich war ja auch mal jung, hübsch und dumm;
Schüler
scheinen zu glauben, dass dem radioaktiven Zerfall ein ( verborgenes )
deterministisches Geschehen zu Grunde liegt. Solche alternative
Quantenmechaniken heißen Teorien mit ===> verborgenen Parametern ( VP
) , weil man annimmt, dass noch zusätzlich zu entschleiernde VP das QM
Geschehen determinieren.

    Bei uns in der Bücherei war allein
den VP ein vier Etagen hohes Regal gewidmet; bis ganz Oben hättest du
eine Leiter gebraucht. Prominentester Gegner der VP ist ===> Werner
Heisenberg; eine der bekanntesten VP Teorien stammt von ===> David
Bohm ( " Pilotwellen " )

   1935 konzipierten Einstein et al den
===> ERP Gedankenversuch; die ( nicht lokale ) ===> Verschränkung
von Teilchen bezeichnete Einstein als " spukhafte Fernwirkung " , da es "
keine ===> raumartige Wechselwirkung gebe "

   Das Geniale ist
immer einfach; 1964 nahm ===> John Bell Einstein beim Wort. Da die
raumartigen Korrelationen in ERP analogen Situationen nicht auf einem
verborgenen Informationsaustausch " hinter den Kulissen " zwischen den
Messgeräten beruhen könnten, könne es folglich keine VP geben - dies die
Konsequenz aus der ===> Bellschen Ungleichung.

    Als Student suchte ich die Aussprache mit meinem Assistenten Klaus Hoffmann; seine Reaktion war scharf.

   " Die wolle als net kapiern, dass raumaatischene ===> Observablen mitnanner vertausche. "

  
Immer wenn er meinte, sein Gesprächspartner sei ein " Idiot " , verließ
Hoffmann sein Zimmer und schaute so nach zehn Minuten vorbei, ob die
Luft wieder rein ist; der Gast das Weite gesucht hat ...

   Die
raumartige kannst du aber getrost durch eine zeitartige Paradoxie
ersetzen; das Argument wird dadurch nicht besser. Eine Argumentation,
auf die meines wissens vor mir noch keiner verfallen ist. Du müsstest
dich jetzt schlau machen über den ===> Doppelspaltversuch ( DSV )
Hierbei geht es wesentlich darum, ob sich ( etwa ) Gammaphotonen wie
Teilchen verhalten oder wie Wellen.

   Sicher kann es nicht so
sein, dass die Lebensdauer aller Atome zur selben Zeit abläuft; sonst
würden ja alle gleichzeitig explodieren. Aber betrachten wir mal ein
Nuklid, wo im Durchschnitt alle tausend Jahre ein Photon ausgesandt wird
- je seltener, desto besser. Du wirst mir sicher zugeben, dass das
heutige Photon keine Möglichkeit hat, kausal auf seinen Zwilling
einzuwirken, der erst in tausend Jahren geboren wird - da ist es doch
längst absorbiert.

   Und doch. Wenn du alle CCD Aufnahmen
zusammen nimmst, wo beide Spalte offen waren, " verschwören " sich die
Photonen zu interferierenden Wellen. Wenn dagegen nur ein Spalt offen
war, verhalten sie sich wie Teilchen.

   Ist es nicht geisteskrank
zu behaupten, Photonen könnten sich miteinander " unterhalten " ? Das
einzelne Photon tut ja nichts und weiß auch nichts. Es ist nur diese
zugegebener Maßen paradoxe Statistik, die sich erst hinterher heraus
stellt und - das muss leider gesagt werden - die kein klassisches
Analogon hat.

   Vor diesem Hintergrund fällt es uns glaub ich
leichter einzusehen, dass es nichts gibt, was das einzelne Atom
determiniert. Bei einer Halbwertszeit von sagen wir 47.11 µ s könnte ein
Atom durchaus eine Million Jahre alt werden. Die Wahrscheinlichkeit,
dass dies eintritt, kannst du ja direkt aus der Halbwertszeit hoch
rechnen.

   Dieser Editor lehnt leider längere Textpuffer ab; ich schicke noch einen zweiten Teil.

Antwort
von ThomasJNewton, 3

Jedes Element zerfällt ja irgendwann

Nein, auch deren Atome nicht.

Und Atome, die nicht stabil sind, unterliegen anderen Gesetzen als ein Joghurt.
Die werden nicht älter, und zerfallen zu jedem Zeitpunkt mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit.

Antwort
von Grillmax, 16

jedes element zerfällt ja irgendwann

woher hast du diesen Quatsch? Nur instabile Kerne zerfalen .... geht goggle bei dir nicht? Oder war es die Bequemlichkeit, die dich am zuvorigen Informieren gehindert hatte?

Antwort
von Shalidor, 20

Ein Atom besteht aus einem Kern (Protonen und Neutronen) und einer Hülle mit Elektronen. Sie zerfallen niemals. Man kann ihnen Elektronen weg nehmen um dazwischen eine Spannung aufzubauen (Elektrotechnik) oder man kann den Kern spalten, um Energie zu erzeugen (Siehe Atomenergie). Aber zerfallen werden Atome niemals.

Kommentar von prohaska2 ,

Atome zerfallen niemals? Wieder was gelernt ...

Kommentar von Asdfmovie99e ,

zerfallen wohl aber nicht alle

Antwort
von Asdfmovie99e, 9

Jedes Element zerfällt irgendwann? Vollkommener quatsch.
Und Atombomben zerfallen auch nicht wenn man sie liegen lässt da sie so Konstruktiert sind dass des Inhalt nur zb 1 Proton/neutron iwas mehr um ein instabiles Isotop zu bilden welches dann zerfällt und weitere instabile Isotope bildet. Aber dafür braucht es einen Anfang und sie zerfällt nicht einfach so

Kommentar von prohaska2 ,

Unsinn ...

Kommentar von Asdfmovie99e ,

dann erklär mal bitte

Antwort
von GanMar, 26

Ein "Ablaufdatum" im eigentlichen Sinne nicht - aber sehr wohl existiert eine Wahrscheinlichkeit des Zerfalls innerhalb eines gewissen Zeitraumes. Googel einmal nach dem Begriff "Halbwertszeit".

Kommentar von Shalidor ,

Das bezieht sich auf Strahlungswerte. Insbesondere atomare Strahlung. Mit Atomen hat das nichts zu tun.

Kommentar von GanMar ,

Und was passiert Deiner Meinung nach beispielsweise mit einem Atom, welches sich selbst um einen Helium-4-Atomkern erleichtert, also kurz mal α-strahlt? Es ist danach nicht mehr dasselbe Atom. Ich würde das durchaus mit "Ablauf der vorherigen Existenz" bezeichnen.

Kommentar von ThomasJNewton ,

Die "atomare Strahlung" hat nichts mit Atomen zu tun?

Eine durchaus erfrischende Sichtweise.

Antwort
von Hideaway, 24

jedes element zerfällt ja irgendwann

Aha. Wann wurde das denn eingeführt?

Antwort
von PrimeXIII, 23

Nein, ich glaub' nicht. Mein Physik/Chemie-Lehrer sagt, die sind ewig :)

Hoffe ich konnte helfen, sonst frag Google ^^

Kommentar von prohaska2 ,

Ewig ist nur die Unwissenheit. Die meisten Atome zerfallen über kurz oder sehr lang.

Schick' den Lehrer zurück auf die Schulbank.

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