Nuklid

Nuklid

Ein Nuklid ist eine Art (Sorte) von Atomen, charakterisiert durch die beiden Zahlen, die angeben, aus wievielen Protonen und wievielen Neutronen ihre Atomkerne bestehen. Bisweilen wird in den Begriff auch der Energiezustand des Atomkerns mit eingeschlossen, nämlich dann, wenn er hinreichend langlebig ist, d. h., Kernisomere werden als eigene Nuklide gezählt.[1] Nuklide mit gleicher Protonenzahl gehören zum selben chemischen Element und werden als die Isotope dieses durch die Protonenzahl festgelegten Elements bezeichnet. Nuklid ist insofern eine Verallgemeinerung des älteren Begriffs Isotop.

Der Begriff Nuklid wurde 1947 von T. P. Kohman vorgeschlagen.[2] 1952 formulierten Glasstone und Edlund in ihrem Buch The elements of nuclear reactor theory[3] den Unterschied zwischen den Begriffen Nuklid und Isotop: „Obwohl die Mehrheit der Elemente natürlich als eine Mischung aus Isotopen existieren, treten etwa 20 nur als einzelne Spezies auf. Aus diesem und anderen Gründen hat man es als wünschenswert empfunden, den Terminus Nuklid einzuführen. Er wird verwendet, um eine zu beschreibende Atomspezies durch die Zusammensetzung ihres Atomkerns zu beschreiben, das heißt, durch die Anzahl von Protonen und Neutronen, die sie enthält. Ein Isotop ist folglich eines aus einer Gruppe von zwei oder mehreren Nukliden, die die gleiche Anzahl von Protonen besitzen, das heißt, die gleiche Ordnungszahl, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen. Von einem Element wie Fluor, von dem nur eine Spezies in der Natur existiert, sagt man, es bilde ein einziges stabiles Nuklid.“

Schreibweisen

Ein Nuklid X wird formelmäßig wie folgt bezeichnet:[4]

$ {}^A_Z \mathrm{X}^{z} $

Dabei ist $ \mathrm{X} $ das Elementsymbol, $ A $ die Massenzahl (Nukleonenzahl, d. h. die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen) und $ Z $ die Ordnungszahl (Kernladungszahl, d. h. die Zahl der Protonen). Das etwaige Hochzeichen $ z $ rechts oben am Elementsymbol bezeichnet entweder einen Ionisationszustand (Ionenladung, z. B. „+“, „2+“) oder einen energetischen Anregungszustand (z. B. in Form eines Sternchenzeichens $ \ast $ oder einer Energie, wie 4,4 MeV) des Atoms oder – je nach dem Zusammenhang – des Atomkerns. Rechts unten kann ein stöchiometrischer Index, also die Zahl solcher Atome im Molekül einer Verbindung, angeschrieben werden. In der Kernphysik wird rechts unten gelegentlich die Neutronenzahl des Kerns angegeben, beispielsweise im Kerndatenbetrachter JANIS 4 der NEA.[5]

Kernisomere werden durch den Kleinbuchstaben „m“ (für „metastabil“) ohne Zwischenraum hinter der Massenzahl gekennzeichnet[4][6] (zur Unterscheidung mehrerer Isomere eines Kerns kann dem „m“ eine Zahl nachgestellt sein, z. B. 152m1Eu).

Beispiele:

$ {}^{60}_{27}\mathrm{Co} $,
$ \mathrm{^{110m}_{\ \ \ 47}Ag} $ (teilweise auch $ \mathrm{{}^{110}_{\ 47}Ag^m} $),[7]

in vereinfachten Schreibweisen

60Co oder Co-60,
110mAg, 110Agm oder Ag-110m.

In den vereinfachten Schreibweisen wird die Kernladungszahl fortgelassen; sie ist ja bereits durch das Elementsymbol festgelegt.

In älterer Literatur (vor etwa 1960) findet man auch rechts oben angeschriebene Massenzahlen, also z. B. 27Co60 oder Co60.

Klassen von Nukliden

Die verschiedenen Nuklide ein und desselben chemischen Elements, also mit gleicher Anzahl an Protonen, werden als Isotope dieses Elements bezeichnet. Bis zur internationalen Einführung des Begriffs „Nuklid“ (ca. 1950) wurde „Isotop“ verwirrend auch in der allgemeinen Bedeutung Atomsorte gebraucht; zuweilen geschieht dies noch heute (2015).

Nuklide mit gleicher Massenzahl heißen Isobare (von griechisch für „gleich schwer“), Nuklide mit gleicher Neutronenzahl Isotone. Isomere sind Nuklide, deren Atomkerne sich bei gleicher Ladung und gleicher Massenzahl in verschiedenen inneren Zuständen befinden. Instabile Nuklide sind radioaktiv und werden Radionuklide genannt.

Bezeichnung Charakteristikum Beispiele Bemerkungen
Isotope gleiche Protonenzahl $ {}^{12}_{\ 6}\mathrm{C}, {}^{13}_{\ 6}\mathrm{C} $
Isotone gleiche Neutronenzahl $ {}^{13}_{\ 6}\mathrm{C}, {}^{14}_{\ 7}\mathrm{N} $
Isobare gleiche Massenzahl $ {}^{17}_{\ 7}\mathrm{N}, {}^{17}_{\ 8}\mathrm{O}, {}^{17}_{\ 9}\mathrm{F} $ siehe Betazerfall
Spiegelkerne Neutronenzahl und Protonenzahl vertauscht $ {}^{3}_{1}\mathrm{H}, {}^{3}_{2}\mathrm{He} $ Spezialfall der Isobare
Isodiaphere gleicher Neutronenüberschuss $ {}^{12}_{\ 6}\mathrm{C}, {}^{14}_{\ 7}\mathrm{N} $
Isomere unterschiedliche innere Zustände $ {}^{99}_{43}\mathrm{Tc}, {}^{99\mathrm{m}}_{\ \ 43}\mathrm{Tc} $ nur langlebige Zustände

In der Natur existieren 256 Nuklide, die nach derzeitigem Kenntnisstand für stabil gehalten werden, und etwa 80 Radionuklide. Über 3000 weitere Radionuklide wurden künstlich erzeugt.[8]

Nuklidkarten geben eine Übersicht über Massenzahlen, Protonen- und Neutronenzahlen und meist auch Zerfallsarten und Halbwertszeiten der bekannten Nuklide.

Siehe auch

Weblinks

Einzelnachweise

  1. A. D. McNaught, A. Wilkinson: nuclide. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). 2. Auflage. Blackwell Scientific Publications, Oxford 1997, ISBN 0-9678550-9-8, doi:10.1351/goldbook.N04257 (english, .html korrigierte Fassung (XML; 2006–) erstellt von M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; mit Aktualisierungen von A. Jenkins –).
  2. Truman Paul Kohman: Proposed New Word: Nuclide. In: American Journal of Physics Bd. 15, Nr. 4, 1947, S. 356–357, doi:10.1119/1.1990965.
  3. Samuel Glasstone, Milton C. Edlund: The elements of nuclear reactor theory. MacMillan, London 1952, S. VII, 416. S. 3.
  4. 4,0 4,1 Norm DIN 1338: Formelschreibweise und Formelsatz. März 2011. S. 8, Abschnitt 3.5 Atomphysikalische und chemische Angaben an den Symbolen der Elemente.
  5. Janis 4 – Java-based Nuclear Data Information System.
  6. Norm DIN 6814-4: Begriffe in der radiologischen Technik – Teil 4: Radioaktivität. Oktober 2006. S. 13, Anhang A Erläuterungen zur Schreibweise von Nukliden.
  7. Symbols, Units, Nomenclature and Fundamental Constants in Physics. IUPAP, 1987, S. 9, abgerufen am 10. März 2015 (PDF, english).
  8. J. Magill, G. Pfennig, R. Dreher, Z. Sóti: Karlsruher Nuklidkarte. 8. Auflage. Nucleonica GmbH, Eggenstein-Leopoldshafen 2012, ISBN 92-79-02431-0 (Wandkarte) bzw. ISBN 978-3-00-038392-2 (Faltkarte), ISBN 92-79-02175-3 (Begleitbroschüre).

Ähnliche Artikel wie "Nuklid" auf cosmos-indirekt.de

07.06.2018
Teilchenphysik
Neue Wege in die „Terra incognita“ der Nuklidkarte
Hochpräzise Massenmessungen an neutronenreichen Chromisotopen: Ein wichtiger Schritt zur Erforschung bisher unbekannter Atomkerne ist Physikern des MPI für Kernphysik und der Universität Greifswald in einer internationalen Kollaboration am CERN gelungen.

Diese Artikel könnten dir auch gefallen



Die letzten News


23.01.2021
Physiker filmen Phasenübergang mit extrem hoher Auflösung
Laserstrahlen können genutzt werden, um die Eigenschaften von Materialien gezielt zu verändern.
23.01.2021
Die Entstehung des Sonnensystems in zwei Schritten
W
23.01.2021
Die Entstehung erdähnlicher Planeten unter der Lupe
Innerhalb einer internationalen Zusammenarbeit haben Wissenschaftler ein neues Instrument namens MATISSE eingesetzt, das nun Hinweise auf einen Wirbel am inneren Rand einer planetenbildenden Scheibe um einen jungen Stern entdeckt hat.
20.01.2021
Älteste Karbonate im Sonnensystem
Die Altersdatierung des Flensburg-Meteoriten erfolgte mithilfe der Heidelberger Ionensonde.
20.01.2021
Einzelnes Ion durch ein Bose-Einstein-Kondensat gelotst.
Transportprozesse in Materie geben immer noch viele Rätsel auf.
20.01.2021
Der Tanz massereicher Sternenpaare
Die meisten massereichen Sterne treten in engen Paaren auf, in denen beide Sterne das gemeinsame Massenzentrum umkreisen.
20.01.2021
Sonnenaktivität über ein Jahrtausend rekonstruiert
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der ETH Zürich hat aus Messungen von radioaktivem Kohlenstoff in Baumringen die Sonnenaktivität bis ins Jahr 969 rekonstruiert.
20.01.2021
Forschungsteam stoppt zeitlichen Abstand von Elektronen innerhalb eines Atoms
Seit mehr als einem Jahrzehnt liefern Röntgen-Freie-Elektronen-Laser (XFELs) schon intensive, ultrakurze Lichtpulse im harten Röntgenbereich.
20.01.2021
Welche Rolle Turbulenzen bei der Geburt von Sternen spielen
Aufwändige und in diesem Umfang bis dahin noch nicht realisierte Computersimulationen zur Turbulenz in interstellaren Gas- und Molekülwolken haben wichtige neue Erkenntnisse zu der Frage gebracht, welche Rolle sie bei der Entstehung von Sternen spielt.
20.01.2021
Wie Aerosole entstehen
Forschende der ETH Zürich haben mit einem Experiment untersucht, wie die ersten Schritte bei der Bildung von Aerosolen ablaufen.
13.01.2021
Schnellere und stabilere Quantenkommunikation
Einer internationalen Forschungsgruppe ist es gelungen, hochdimensionale Verschränkungen in Systemen aus zwei Photonen herzustellen und zu überprüfen. Damit lässt sich schneller und sicherer kommunizieren, wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen.
12.01.2021
Elektrisch schaltbares Qubit ermöglicht Wechsel zwischen schnellem Rechnen und Speichern
Quantencomputer benötigen zum Rechnen Qubits als elementare Bausteine, die Informationen verarbeiten und speichern.
12.01.2021
ALMA beobachtet, wie eine weit entfernte kollidierende Galaxie erlischt
Galaxien vergehen, wenn sie aufhören, Sterne zu bilden.
11.01.2021
Umgekehrte Fluoreszenz
Entdeckung von Fluoreszenzmolekülen, die unter normalem Tageslicht ultraviolettes Licht aussenden.
11.01.2021
Weyl-Punkten auf der Spur
Ein Material, das leitet und isoliert – gibt es das? Ja, Forschende haben erstmals 2005 sogenannte topologische Isolatoren beschrieben, die im Inneren Stromdurchfluss verhindern, dafür aber an der Oberfläche äußerst leitfähig sind.
11.01.2021
MOONRISE: Schritt für Schritt zur Siedlung aus Mondstaub
Als Bausteine sind sie noch nicht nutzbar – aber die mit dem Laser aufgeschmolzenen Bahnen sind ein erster Schritt zu 3D-gedruckten Gebäuden, Landeplätzen und Straßen aus Mondstaub.
11.01.2021
Konstanz von Naturkonstanten in Raum und Zeit untermauert
Moderne Stringtheorien stellen die Konstanz von Naturkonstanten infrage. Vergleiche von hochgenauen Atomuhren bestätigen das jedoch nicht, obwohl die Ergebnisse früherer Experimente bis zu 20-fach verbessert werden konnten.
08.01.2021
Weder flüssig noch fest
E
08.01.2021
Mit quantenlimitierter Genauigkeit die Auflösungsgrenze überwinden
Wissenschaftlern der Universität Paderborn ist es gelungen, eine neue Methode zur Abstandsmessung für Systeme wie GPS zu entwickeln, deren Ergebnisse so präzise wie nie zuvor sind.
25.12.2020
Wie sich Sterne in nahe gelegenen Galaxien bilden
Wie Sterne genau entstehen, ist nach wie vor eines der grossen Rätsel der Astrophysik.
25.12.2020
Kartierung eines kurzlebigen Atoms
Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden, Russland und den USA unter der Leitung von Wissenschaftern des European XFEL hat Ergebnisse eines Experiments veröffentlicht, das neue Möglichkeiten zur Untersuchung von Übergangszuständen in Atomen und Molekülen eröffnet.
25.12.2020
Skyrmionen – Grundlage für eine vollkommen neue Computerarchitektur?
Skyrmionen sind magnetische Objekte, von denen sich Forscher weltweit versprechen, mit ihnen die neuen Informationseinheiten für die Datenspeicher und Computerarchitektur der Zukunft gefunden zu haben.
25.12.2020
Mysterien in den Wolken: Große Tröpfchen begünstigen die Bildung kleinerer
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) berichten die über ihre neuen Erkenntnisse, wie ausfallende große Regentropfen und Eispartikel das Wachstum von Aerosolen begünstigen können, um neue Kondensationskerne oder Eiskeimteilchen in Wolken zu erzeugen.
25.12.2020
Kollidierende Sterne offenbaren grundlegende Eigenschaften von Materie und Raumzeit
Ein internationales Wissenschaftsteam um den Astrophysikprofessor Tim Dietrich von der Universität Potsdam schaffte den Durchbruch bei der Größenbestimmung eines typischen Neutronensterns und der Messung der Ausdehnung des Universums.
25.12.2020
Endgültige Ergebnisse und Abschied vom GERDA-Experiment
Die Zeit des GERDA-Experiments zum Nachweis des neutrinolosen doppelten Betazerfalls geht zu Ende.