Was ist ein Isotopengemisch?

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wonno93
25.02.2019, 18:14

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.
indiachinacook
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Chemie
25.02.2019, 20:26

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 gibt 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 oder mehreren wei­teren langlebigen radio­akti­ven Iso­to­pen vor. Meist ent­hält das na­tür­liche Isotopen­gemisch mehr des stabilen Isotops, aber beim In sind 95% der Atome im natür­lichen Iso­topen­gemisch radioaktiv (mit sehr langer Halbwertszeit, 4⋅10¹⁴ y) 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, 2⋅10¹⁹ y). 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 fast vollständig 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, I, 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. Die letzten drei in dieser Liste sind übrigens theore­tisch instabil in Bezug auf α-Zerfall, aber das ist noch nie beobachtet worden.
Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik
vach77
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Chemie
25.02.2019, 18:29

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?