Woher weiß man wie viele protonen und Neutronen ein Element hat?

5 Antworten

Die Philosophen des Altertums hätten diese Frage nicht verstanden. Es gibt vier Elemente. Und was soll das mit Protonen und Neutronen? Was ist das?

Heute haben wir es "einfacher", wir schauen in das "Periodische System der Elemente" oder in die "Nuklid-Karte". Da steht z.B. bei Chlor: Ordnungszahl 17, Atommasse 35,453. Also: Chlor hat 17 positive Ladungen (weil die Ladungen hier immer ganzzahlig sind ) und in unterschiedlichen Ausprägungen der Atome 34 oder 35 oder 36 Neutronen, vielleicht sogar 37. Selbst das Element Chlor kommt in verschiedenen Ausführungen vor. Die nennt man Isotope.Nicht weil sie gleiches Gewicht haben, sondern weil sie im selben Ort auf der periodischen Darstellung anzusiedeln sind. Da muss man aber schon genau die Isotope trennen können.

Grob gesprochen gibt es für jedes Proton im Atomkern zwei Neutronen. Wie gesagt, grob.

Zum einen wusste man schon die Reihenfolge über andere Eigenschaften. Das Periodensystem gab es vorher, da wurden die Elemente in Gruppen zusammengefasst (ZB Halogene, Alkalimetalle usw).

Dann hat man über Versuche heraus finden können, dass es negative und positive Bereiche eines Atoms gibt.
Über den Rutherfordschen Streuversuch konnte man dann auch schließlich heraus finden, das der Kern positiv ist (weil er positive Strahlung abstößt, außer sie trifft im genau richtigen Winkel auf), und somit der Außenbereich negativ sein muss.

Da Wasserstoff im Periodensystem an erster Stelle stand und es, selbst stark konzentriert noch extrem leicht ist, bezogen auf ein Volumen mit bestimmter Dichte, hat man da beschlossen, das man erst mal sagt, es hat ein Proton und ein Elektron. Der Rest wurde, dem Periodensystem nach durchnummeriert. Später wurden die Messmethoden genauer, und man konnte die winzigen Unterschiede, die Neutronen im Elemente bewirken messen, und die Messwerte zu Anzahlen zuordnen.
Bisher gab es auch nur Anzeichen dafür, dass dieser Aufbau richtig sein muss, zb die Rolle von Wasserstoff-Kationen H+ in Säure-Base-Reaktionen. Das würde ja nicht funktionieren, wenn Wasserstoff nicht nur ein Elektron entfernt davon wäre, ein Proton zu sein.

Woher ich das weiß:Beruf – Bin MTLA - arbeite also in einem Krankenhauslabor

Zunächst hat man bei chemischen Reaktionen von Gasen festgestellt, dass Wasserstoff das leichteste Element ist und die Massen der anderen Gase ein Vielfaches davon sind. Das funktionierte, weil alle Gase näherungsweise dem idealen Gasgesetz p*V=n*R*T entsprechen und im n steckt das Verhältnis von Masse zu molarer Masse drin.

Später konnte man mit Massenspektrometern das Verhältnis von Masse zu Ladung bestimmen. Das funktionierte, weil Neutronen und Protonen etwa gleich schwer sind, aber Neutronen neutral und Protonen haben eine Elementarladung.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Abschluss als Diplom-Physiker

Herausgefunden hat man dies seinerzeit mit extrem genauer und penibler Analytik in der Chemie. Und viel Kreativität und Phantasie.

Man hat es abgewogen und dann berechnet

Jaja, leg mal ein Atom auf eine Waage.

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