Was ist ein Isotopengemisch?
Hallo, kann mir bitte jemand erklären, was ein Isotopengemisch ist? So wie ich das jetzt verstanden habe: Kohlenstoff ist ein Isotopengemisch, das heißt ein "Stück" Kohlenstoff besteht aus verschiedene Atomen, von denen manche 6, andere 8 Neutronen haben. Stimmt das?
4 Antworten
Ja, kommt ungefähr hin.
Grundsätzlich hängt die Atomsorte nur von der Anzahl der Protonen im Kern ab. Die anderen Kernteilchen (Neutronen) können sich obwohl es das selbe Element ist, sich unterscheiden. Zwei Atome des Elementes (selbe Protonenanzahl) mit unterschiedlicher Kernteilchenzahl sind unterschiedliche Isotope.
Treten diese, wie in der Natur üblich, in einem Material zusammen auf, nennt sich es Isotopengemisch.
So besteht Kohlenstoff z.B. durchschnittlich in der Natur aus zu fast 99 % C12, der Rest haupsächlich aus C13 und geringen Spuren an C14.
Das ist grob richtig — Kohlenstoff liegt, wie die meisten Elemente, in der Natur als Isotopengemisch vor, also haben die einzelnen Atome in einer Stoffprobe unterschiedliche Neutronenzahlen. Beim Kohlenstoff entfallen ca. 99% auf das Isotop ¹²C mit 6 Neutronen, und ungefähr 1% auf ¹³C mit 7 Neutronen. Die meisten Prozesse, insbesondere die geologischen, machen keinen Unterschied zwischen den beiden Isotopen, und daher ist das Verhältnis zwischen den beiden in guter Näherung immer dasselbe — außer wenn biologische Prozesse beteiligt sind. Deshalb kann man anhand einer Isotopenanalyse feststellen, ob eine Probe Zucker aus Zuckerrüben oder Zuckerrohr gewonnen wurde.
Dazu git es noch ganz wenig ¹⁴C, das radioaktiv ist und nur ein paar Tausend Jahre lebt. Es bildet sich ständig neu in der oberen Atmosphäre (durch Beschuß der Luftmoleküle mit kosmischen Teilchen) und landet über die Photosynthese in der Biosphäre; geologische Kohlenstoffquellen (Kalk, Erdöl) enthalten Null davon, weil die sehr alt sich und alles ¹⁴C, das einmal dringewesen sein mag, längst zerfallen ist.
Kohlenstoff hat also zwei stabile Isotope.
Es gibt 26 monoisotopische Elemente, die genau ein stabiles Isotop haben (diese Zahl ist nicht in Stein gemeißelt, weil es sich ja noch herausstellen könnte, daß dieses Isotop doch nicht stabil ist, sondern seeeehr langsam zerfällt). Davon treten 19 in der Natur nur als ein einziges Isotop auf, die anderen (V, In, Rb, Re, La, Eu, Lu) kommen als Isotopengemisch mit einem weiteren langlebigen radioaktiven Isotop vor. Meist enthält das natürliche Isotopengemisch mehr des stabilen Isotops, aber beim In sind 95% der Atome im natürlichen Isotopengemisch radioaktiv und nur 5% stabil.
Umgekehrt gibt es 21 mononuklidische oder anisotopische Elemente, die in der Natur nur in Form eines einzigen Isotops gefunden werden; bei zweien davon ist dieses Isotop radioaktiv, nämlich Th und Bi (Bismut ist so langlebig, das es bis vor ein paar Jahren noch als stabil galt). Wenn man will, kann man in diese Gruppe noch zwei weitere radioaktive Elemente dazunehmen, nämlich Pa (sehr kurzlebig, entsteht ständig neu über die Zerfallskette) und Pu (mäßig langlebig und seit Entstehung der Erde größtenteils zerfallen, aber man kann mit empfindlichen Methoden noch ein paar Atome finden). Von allen mononuklidischen Elementen gibt es natürlich noch weitere, künstlich herstellbare Radioisotope.
Die 19 Elemente, die in der Natur nur in Form eines einzigen und stabilen Isotops auftauchen, sind Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, In, Cs, Pr, Tb, Ho, Tm und Au; das ist also die Schnittmenge der monoisotopischen und der mononuklidischen Elemente. Wenn Du Dich im Periodensystem auskennst, wird Dir auffallen, daß alle bis auf Be ungerade Ordnungszahl haben.
Bis auf 20 Elemente bestehen alle anderen aus einem Gemisch von Isotopen.
So hat das von Dir als Beispiel genannte C-Atom 15 verschiedene Isotope. Alle Atome des C haben die gleiche Anzahl Protonen und Elektronen, nämlich je 6.
Das häufigste Kohlenstoffisotop hat zusätzlich im Kern 6 Neutronen. Da die Masse eines Proton und die eines Neutrons in etwa gleich ist und die Elektronenmasse vernachlässigt werden darf, hat also ein solches C-Atom die Masse m = 12 u. Man spricht auch von 12C (die Zahl 12 muss als Hochzahl geschrieben werden; die Kernladungszahl 6 des C wird auch vor das Symbol C geschrieben, aber tief gestellt).
Häufigere Isotope gegenüber den anderen beim C sind 13C und 14C.
Welche Unterschiede haben diese Isotope zum 14C?
