Was ist ein Massendefekt bzw. wie kann ich es erklären?
Hallo,
stimmt das so?
Ein Atomkern (z.B. Uran) hat eine größere Masse, als die Produkte, die bei der Spaltung entstehen, also Barium + Krypton inkl. 2 Neutronen.
Also Kern = Größere Masse Spaltprodukte = Kleinere Masse als Kern und die "verloren gegangene" Masse wurde zu Energie?
Ich weiß nämlich nicht, wie ich das am besten erklären kann. (10. Klasse) Jemand eine Ahnung, wie ich das meiner ganzen Klasse erklären kann?
Also was ein Massendefekt ist, wohin die fehlende Masse gegangen ist, wie daraus Energie wurde.
Wäre euch sehr dankbar! Schönen Tag noch!
3 Antworten
Nimm als Vergleich eine chemische Reaktion
H2 + 1/2 O2 ==> H2O
Dabei wird Energie frei. Warum? Weil H2O ein molekularer Zustand ist, dessen Energie geringer ist als der seiner Bestandteile. Das nennt man Bindungsenergie, die hier frei wird. Wenn du einen Gegenstand aus einem meter Höhe fallen lässt wird ebenfalls Energie frei, da der Gegenstand nun näher beim Erdmittelpunkt liegt und somit stärker gebunden ist.
Wenn man nun akzeptiert, dass Energie und Masse durch die Relation E=mc² verbunden sind, so bedeutet dies, dass H2O eine geringere Masse hat als die Ausgangsmoleküle H2 und 1/2 O2.
Dieser Massendefekt ist aufgrund der Kleinheit der Bindungsenergie bei H2O nicht leicht messbar.
Bei den Kernen sind die Bindungsenergien aber um Zehnerpotenzen höher, und der Massendefekt kann durch "einfaches" wiegen gut gemessen werden.
Es ist richtig, die Masse des Uran ist größer als die Summe der Spaltprodukte. Die Differenz wird als Energie abgegeben und mit der berühmten Formel von Albert Einstein E = m • c² berechnet.
Das ist die Energie, die bei einer Explosion einer A-Bombe freigesetzt wird. Oder auch im AKW zur Verfügung steht.
Der Massendefekt wird sichtbar, wenn man die Masse der Kernbausteine summiert und mit der Masse des Atom vergleicht. Diese Differenz stellt auch die Bindungsenergie dar.
Barium und Krypton plus 2 Neutronen sind nur eine Möglichkeit von vielen, was bei der Spaltung herauskommen kann. Diese Möglichkeit wird so oft als Beispiel im Lehrmaterial gezeigt, daß das zu falschen Vorstellungen verleiten kann.
Wie oft welche Nuklide bei der Spaltung als Spaltprodukte herauskommen, kannst Du hier in dem Diagramm mit der "Kamelhöcker-Kurve" sehen. Es ist eine Wahrscheinlichkeitsverteilung und die häufigsten auftretenden Spaltproduktpaare haben zueinander ein Massenverhältnis von ungefähr 2:3. Es können 2 oder auch 3 Neutronen dabei freiwerden. Die Anzahl der Protonen und Neutronen muß dabei zusammen 235 ergeben (bei Uran-235) oder 239 (bei Plutonium-239).
https://de.wikipedia.org/wiki/Spaltprodukt
Daß so viele verschiedenen Paare von Spaltprodukten herauskommen, hat eine praktisch wichtige Folge: Abgebrannte Kernbrennstäbe enthalten ein Gemisch aus allen nur denkbaren Isotopen, von denen die meisten radioaktiv sind, und viele davon sehr stark radioaktiv, darunter sind Alpha- Beta- und Gammastrahler. Die Brennstäbe sind so aktiv, daß man sie monatelang zur Kühlung unter Wasser aufbewahren muß, bevor man sie überhaupt abtransportieren kann.
https://de.wikipedia.org/wiki/Abklingbecken
Oft wird gesagt, daß die die verloren gegangene Masse "in Energie umgewandelt" wird, aber die Relativitätstheorie vertritt eine radikalere Sichtweise: Die verloren gegangene Masse ist die freigesetzte Energie. Masse und Energie sind äquivalent (auf deutsch: gleichwertig) und man kann mit der Formel E=m*c^2 das eine in das andere umrechnen.
https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/aequivalenz-von-masse-und-energie
In unserer Anfangsvorlesung in Physik brachte der Professor hierzu ein zunächst verblüffendes Beispiel: Der Wecker wird schwerer, wenn man ihn aufzieht, und die Batterie ist leichter, wenn sie leer ist. Die Energien, die dabei im Spiel sind, sind aber zu klein, als daß man mit der Waage den Unterschied bemerken könnte. Bei der Kernspaltung ist das anders, weil die Energie so groß ist: Die Spaltprodukte von reinem U-235 sind um 0,8 Promille leichter als das Uran selbst. Im Reaktor verwendet man auf bis ca 5 % angereichertes Uran. Die abgebrannten Brennstäbe müßten also um etwa 40 mg pro kg leichter sein als die frischen.
Da die freiwerdende Energie beim Reaktor und bei der Bombe nicht an Ort und Stelle bleibt, sondern sich wegbewegt, nimmt sie ihre äquivalente Masse dabei natürlich mit.
Gutes Gelingen!