Frage von Rob555, 151

Warum gibt es keine Atomkerne die nur aus Neutronen bestehen?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Reggid, 60

der grund warum es kein atomkerne nur aus neutronen geben kann ist das pauli-prinzip.

dadurch können sich nur je zwei neutronen in einem energienievau befinden (mit einmal spin up und einmal spin down). die nächsten neutronen müssen dann in ein höheres energieniveau.

dadurch kommt man ziemlich schnell zu immer größeren energien, was den kern instabil macht.

dasselbe gilt wenn du einen kern nur aus protonen machen willst. auch das scheitert aus dem selben grund (die elektromagnetische abstoßung der protonen wird erst bei großen kernen relevant).

stabile kerne bestehen aus protonen UND neutronen, denn damit können immer vier teilchen in ein energieniveau (2 protonen und 2 neutronen), und damit ist der kern stabiler.

wenn in einem kern zu viele oder zu weniger neutronen sind dann wird er instabil. für kleinere kerne ist das verhältnis zwischen protonen und neutronen ca 1:1, für größere kerne weicht es zu gunsten von mehr neutronen ab (wegen der elektrischen abstoßung der protonen).

dass es keine dineutron (ein kern aus 2 neutronen) oder helium-2 (ein kern aus 2 protonen) gibt kommt aus dem pauli-prinzip und der spin-wechselwirkung der beiden teilchen. das pauli-prinzip sagt dass die beiden neutronen (oder protonen) entgegegestzten spin haben müssen um beide ins niedrigste energieniveau zu kommen, allerdings ist ein zustand mit parallelem spin bevorzugt. beides gleichzeitig geht nicht, und daher gibt es keinen bindungszustand aus zwei neutronen oder 2 protonen.

was es gibt sind deuteriumkerne (1 proton plus 1 neutron), wobei man auch hier sieht, dass es nur deuteriumkerne mit gesamtspin 1 gibt (spins parellel), und keine mit spin 0 (spin antiparellel)

Antwort
von PeterKremsner, 97

Weil das ganze nicht stabil wäre, ein Atomkern aus zwei Protonen ist ohne Neutron auch instabil und zerfällt.

Einen "Atomkern" aus einem Neutron kann es aber geben, das wäre das Neutron alleine, weil Elektronen kann es mangels Ladung nicht binden.

Antwort
von Kaesebohrer, 67

Das ist eine fantastische Frage!

Der Atomkern wird durch die starke Wechselwirkung zusammengehalten. Wie Neutronen und Protonen miteinander wechselwirken wird über die bunten Quarks erklärt, aber in die Materie habe ich mich ehrlich gesagt, nicht vertieft.

Stark vereinfacht gesagt sind Protonen klebrige Bälle und Neutronen unklebrige. Also klebt Proton-Proton Proton-Neutron. Neutron-Neutron fällt auseinander.

Wenn also ein Atomkern zu viele unklebrige Neutronen hat, wird er instabil und zerfällt. Das macht man sich bei der Kernspaltung zunutze indem man das Spaltmaterial mit Neutronen beschießt.

Die Elektronenhülle ist nur ein elektrischer Ladungsausgleich und trägt praktisch nichts zur Stabilität des Kerns bei.


Kommentar von Kaesebohrer ,

Ich muss mich korrigieren: Protonen ziehen sich über die starke Wechselwirkung gegenseitig NICHT an. Ein Kern nur aus Protonen zerfällt auch.

Kommentar von Reggid ,

Protonen ziehen sich über die starke Wechselwirkung gegenseitig NICHT an

doch, tun sie (wenn sie nahe genug beisammen sind)

Kommentar von Kaesebohrer ,

Kannst Du das bitte genauer erklären.

Kommentar von Reggid ,

die residual strong force (das, was man "kernkraft" nennt und die nukleonen im kern zusammenhält), lässt sich effektiv sehr gut durch eine yukawa-wechselwirkung mit pionen beschreiben, was zu einem potential der form

V(r) ~ -Exp[-a*r]/r

fürht, wobei a eine positive konstante ist (proportional zur pion masse). dieses potential ist immer anziehend (siehe das negative vorzeichen), und flacht für große r sehr schnell ab (wegen der exponentialfunktion).

ob proton oder neutron ist dabei völlig egal, da die starke wechselwirkung zwischen den beiden nicht unterscheidet.

Kommentar von PeterKremsner ,

Die Frage hierbei ist dann nur ob ein Kern aus zwei Protonen stabil wäre oder ob hier nicht die Coloumbkraft im Nahbereich einen strich durch die Rechnung macht.

Kommentar von Reggid ,

ein kern aus zwei protonen ist nicht stabil (es gibt kein helium-2).

und das hat nichts mit der elektrischen abstoßung zu tun. denn wenn nur das der grund wäre, müsste es auch deuteriumkerne mit spin 0 und dineutronen geben. gibt's aber nicht.

Kommentar von Reggid ,

Stark vereinfacht gesagt sind Protonen klebrige Bälle
und Neutronen unklebrige. Also klebt Proton-Proton Proton-Neutron.
Neutron-Neutron fällt auseinander.

das ist nicht stark vereinfacht, sondern falsch.

bezüglich der starken wechselwirkung sind proton und neutron identisch, daher macht es keinen sinn zu sagen protonen "kleben" und neutronen nicht.

beide "kleben".

der grund warum es kein atomkerne nur aus neutronen geben kann ist das pauli-prinzip. siehe meine antwort.

Kommentar von Kaesebohrer ,

Ich habe mich bereits selbst korrigiert, aber trotzdem danke.

Kommentar von SlowPhil ,

Stark vereinfacht gesagt sind Protonen klebrige Bälle
und Neutronen unklebrige.

Sicherlich nicht. Protonen stoßen einander elektrostatisch ab. Ohne Neutron geht kein Kern, der mehr als ein Proton enthält, und zwar, weil Neutronen sehr wohl "klebrig" sind.

Also klebt Proton-Proton Proton-Neutron.

Das wäre Lithium 4, das sofort (binnen 91(9)×10−24 s) ein Proton abgibt und zu ³He wird.

Antwort
von noname68, 63

weil es z.b. auch kein wasser nur aus wasserstoff gibt. eigentlich überflüssig, elementare physikalische naturgesetze in frage zu stellen.

Kommentar von JayBeeEff ,

Was soll denn die Antwort? Fragen zu stellen ist gut, immerhin lernt man dadurch und es zeigt Interesse, viel besser als einfach alles stillschweigend zu akzeptieren.

Kommentar von henzy71 ,

Wenn du Wasser herstellen willst, brauchst du neben Wasserstoff auch noch Sauerstoff. Wenn du Atomkerne herstellen willst, brauchst du neben Neutronen, auch noch Protonen. Der Unterschied zwischen diesen beiden Aussagen ist, dass die erste eine makroskopische Aussage ist, die zweite eine Mikroskopische. Daher kannst du sie eigenlich nicht mit einander vergleichen, aber es wird klar, was du meinst.

Antwort
von josef050153, 18

Es gibt sogar ganze Sterne die nur aus Neutronen bestehen!

Antwort
von kdreis, 17

Atomkerne sind Kerne von Atomen. Ein Atom hat mindestens ein Elektron. Das muss aber von aber von einem positiv geladenen Kern festgehalten werden.

Antwort
von WombatCC, 22

In der Nuklidkarte gibt es ja auch einfach ein Neutron. Das ist ja dann auch ein Atom. Allerdings gibt es ja auch kein Element mit der Ordnungszahl 0.

Antwort
von WeicheBirne, 85

Gibt es ja. Jeder Neutronenstern enthält freie Neutronen.

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

Kommentar von Kaesebohrer ,

Ein Neutronenstern besteht nach den derzeitigen Erkenntnissen nicht nur aus Neutronen.

Kommentar von WeicheBirne ,

Habe ich auch nicht behauptet. Wenn ich sage, daß es Eisenatome auf der Erde gibt, behaupte ich ja auch nicht, daß die Erde nur aus Eisen besteht. ;)

Auf die Zusammensetzung und den Aufbau eines Neutronensterns wird übrigens in der angegebenen Quelle eingegangen.

Kommentar von Kaesebohrer ,

Logischer Fehler meinerseits, Entschuldigung.

Kommentar von WeicheBirne ,

:)

Kommentar von PeterKremsner ,

Nur weil er freie Neutronen enthält enthält er keine Atomkerne die nur aus Neutronen bestehen, außer du sagst dass ein Neutron ein Atomkern ist.

Kommentar von WeicheBirne ,

Du kannst das Neutron als Element mit der Ordnungszahl 0 interprätieren. Dann ist ein Neutron eben ein Neutronium-Atom und gleichfalls ein Neutronium-Atomkern.

Kommentar von PeterKremsner ,

Ja also sagst du so dass ein Neutron ein Atomkern ist, was ja direkt nicht falsch ist, genau so wird ja besonders in der Chemie ein Proton auch als Wasserstoffion bezeichnet, was natürlich auch tatsächlich zutrifft.

Natürlich ist das nur eine Theoretische Beschreibung weil ein Neutron nie der Kern eines echten Atoms sein kann, wegen der Unfähigkeit ein Elektron zu binden, es kann also so nie Teil einer chemischen Verbindung sein, anders als das Proton als Wasserstoffatomkern.

Kommentar von WeicheBirne ,

Wenn die Ordnungszahl im Peridensystem die Anzahl der Protonen und Elektronen eines Elementes angibt dann hätte das Element mit der Ordnungszahl 0 eben nur ein Neutron. Das Neutron ist dann gleichzeitig das gesamte Atom und der Atomkern.

Ich stimme Dir zu, daß diese Interprätation ein wenig philosophisch ist, weil sie aus dem Aufbau des Periodensystems stammt, das ja ein menschliches Modell ist.

Die Interprätation sollte man allerdings nicht verwerfen, weil das Neuton keine Moleküle bildet. Für Helium sind ja auch keine Verbindungen bekannt.

Übrigens besteht eine wenn auch schwache magnetische Anziehungskraft zwischen Neutron und Elektron.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1063482/?page=1

Eine sehr kurzlebige Verbindung aus zwei Neutronen und einem Elektron ist damit durchaus denkbar.

Antwort
von HansH41, 80

Weil Neutronen keine Bindungskraft besitzen.

Kommentar von Kaesebohrer ,

Wegen der Neutralität keine elektrische Bindungskraft. Starke Wechselwirkungskräfte allerdings schon.

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