Kann es einen Atomkern geben, in dem es mehr Protonen als Neutronen gibt?

Was Sie suchen, sind Isotope mit einem Neutronen-Protonen-Verhältnis N / Z kleiner als 1. Diese Isotope finden Sie zum Beispiel in dieser Liste von Wikipedia. Wie Sie sehen, suchen Sie nach Mitgliedern der Tabelle mit N kleiner als Z .

In dieser Tabelle suchen Sie nach Isotopen, die ungefähr oberhalb der Grauzone liegen (auch bekannt als Band oder Stabilitätsgürtel ).

Die Farben zeigen an, wie stabil die Isotope sind, graue Isotope sind stabil, weiße Isotope haben eine Halbwertszeit von weniger als einem Tag, andere Farben liegen irgendwo dazwischen. Laut Tabelle gibt es nur drei Isotope mit weniger Neutronen als Protonen und einer Halbwertszeit von mehr als einem Tag. Wasserstoff-1 und Helium-3, die stabil sind, und Beryllium-7 mit einer Halbwertszeit von etwa 53 Tagen.

Laut Wikipedia :

Anders als Protium (gewöhnlicher Wasserstoff) ist Helium-3 das einzige stabile Isotop eines Elements mit mehr Protonen als Neutronen.

Damit ein Atomkern stabil ist, muss die Abstoßungskraft zwischen Protonen kleiner sein als die Bindungsenergie.

Das macht nicht wirklich Sinn. Sie können Bindungsenergie nicht mit Abstoßungskraft vergleichen . Dies wäre offensichtlich, wenn Sie versuchen würden, die Behauptung zu quantifizieren - es ist viel einfacher zu sagen , dass Energie größer sein muss als die Kraft; Es ist viel schwieriger, es in eine Gleichung zu packen :)

Vielmehr sind zwei Bindungsenergien beteiligt - eine von der elektromagnetischen Kraft und eine andere von der starken Kernkraft (wir können die anderen grundlegenden Wechselwirkungen ignorieren). Reicht es also, dass die elektromagnetische Bindungsenergie kleiner ist als die starke Bindungsenergie?

Bei Stabilität geht es nicht um absolute Zahlen oder um relative Energien. Es geht darum, ob es einen niedrigeren Energiezustand gibt, den Sie einnehmen können, erreichbar mit der Energie, die Sie haben (z. B. keine Energiebarriere oder eine Barriere, die klein genug für Quantentunneln ist, oder eine Barriere, die klein genug für die gegebene Temperatur ist) und ohne einen davon zu durchbrechen die Erhaltungsgesetze. Ein Proton hat viel mehr Energie als ein Elektron; aber es kann nicht zerfallen, weil es nichts gibt, in das es zerfallen könnte. Ein Neutron hat nur geringfügig mehr Energie als ein Proton, zerfällt aber leicht in ein Proton (+ ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino). Freie Neutronen sind nicht stabil.

Wenn Sie einen Kern haben, bei dem der Absolutwert der elektromagnetischen Bindungsenergie größer ist als die starke Kernbindungsenergie, wird er nicht stabil sein. Aber das ist nicht genug; Wenn dies der Fall wäre, könnten Sie den Kernen unbegrenzt Neutronen hinzufügen. Die Bindungsenergie eines He-8 ist sehr groß. Aber es zerfällt immer noch fast sofort, weil es andere Konfigurationen gibt, die eine geringere Gesamtenergie haben - insbesondere wird es sehr schnell ein Positron freisetzen und sich in Li-8 umwandeln.

Aber um Ihre Frage direkt zu beantworten, ja, es gibt stabile Kerne mit mehr Protonen als Neutronen. Das offensichtlichste ist H-1 und das andere He-3. He-2 ist fast stabil, aber nicht ganz (die starke Kraft ist höher als die elektromagnetische Abstoßung, aber es gibt andere Effekte, die seine Bindungsenergie positiv machen).

Nuklearstreitkräfte sind Nahkampfkräfte, wenn nein. Protonen sind größer als die Anzahl der Neutronen, dann ist der Kern nicht stabil und zerfällt in stabilere Tochterkerne, die während dieses Prozesses aufgrund des Massendefekts, der als Bindungsenergie bezeichnet wird, energiebezogen sind. Nun zu Ihrer Frage, es gibt eine Ausnahme: Helium-3 ist das einzige stabile Isotop eines Elements mit mehr Protonen als Neutronen. mit Protium.