Warum haben verschiedene Elemente eine unterschiedliche Anzahl von Isotopen?

Zum Beispiel: Kohlenstoff-12, Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14 sind drei Isotope des Elements Kohlenstoff mit den Massenzahlen 12, 13 bzw. 14. Lithium-6 und Lithium-7 für Lithium usw.

Meine Frage ist , ist die Anzahl der Isotope für ein Element eine zufällige Tatsache oder gibt es eine bessere Erklärung?

Pedantistisch gesprochen hat jedes Element unendlich viele Isotope. Zum Beispiel gibt es ein theoretisches C-6, C-7, C-8, ... Aber wir beziehen uns nur auf Isotope, die wir lange genug isolieren können, um sie zu messen. Diese benötigen einen "Mittelweg" der Anzahl von Neutronen, um stabil zu sein.
Ich habe einmal auf dieser Seite etwas diesbezüglich gefragt, und die vollständige Antwort kann etwas kompliziert sein. In meiner Frage hatte die Antwort diesen hilfreichen Link: www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html .
@Ian: Ich bin mir nicht sicher. Wenn die Halbwertszeit niedriger ist als die Zeit, die Licht benötigt, um von einer Seite des "Kerns" zur anderen zu gelangen, gibt es keine Wechselwirkung zwischen allen beteiligten Neutronen.
@Ian: Um es pedantisch zu sagen, es gibt nur eine endliche Anzahl von Teilchen im beobachtbaren Universum. Sie werden also keine finden C − 10 81 irgendwann bald.

Antworten (2)

Der Hauptunterschied wird die Stabilität der verschiedenen Isotope sein. Die meisten Elemente haben technisch gesehen eine sehr große Anzahl von Isotopen (Kohlenstoffisotope reichen von Kohlenstoff 8 bis Kohlenstoff 22), aber die meisten von ihnen haben eine sehr kurze Halbwertszeit aufgrund der geringen Stabilität einer zu großen (oder zu kleinen) Anzahl von Neutronen. . Die Liste der Isotope besteht normalerweise entweder aus etwas stabilen Isotopen oder, für vollständigere Listen, aus experimentell nachgewiesenen Isotopen.

Die Stabilität dieser Isotope kann durch verschiedene Kernmodelle bestimmt werden, wie z. B. das Flüssigkeitstropfenmodell, das Kernschalenmodell usw. Das Flüssigkeitstropfenmodell ist besonders nützlich, um eine gute Vorstellung von den verschiedenen Faktoren zu bekommen, die zur Kernstabilität beitragen.

Ein wichtiger Faktor wird sein, ob die Protonenzahl ungerade oder gerade ist. Sogar Ordnungszahlen ergeben weitaus stabilere und langlebigere Isotope.
In gewissem Sinne gibt es von jedem Element unendlich viele Isotope. Aber wir haben nur eine kleine Anzahl gemacht, und die meisten sind lächerlich instabil.

Jedes Element mit einer niedrigeren Ordnungszahl als Blei hat ein stabilstes Isotop, das in der Natur vorherrscht. Blei(Pb)-208 ist der schwerste bekannte stabile Kern und das stabilste Schwermetall. Die Stabilität wird durch die Mindestmenge an Bindungsenergie bestimmt, die erforderlich ist, um den Kern zusammenzuhalten. Hier spielen eine Reihe von Faktoren eine Rolle, wie z. B. Nukleonenspin, ungerade-gerade Protonenzahl, Coulomb-Abstoßung, isomere Quantenniveaus usw., deren Zusammenspiel nicht trivial ist und den Rahmen der Frage übersteigt.

Instabile und metastabile Isotope werden durch externe Strahlung oder Neutronenabsorption verursacht. Diese Kernreaktionen, die zu instabilen Kernen führen, sind endotherm (erfordern Energiezufuhr). Zum Beispiel wird Kohlenstoff-14 erzeugt, wenn normaler Stickstoff-14 von kosmischer Strahlung in der oberen Atmosphäre bombardiert wird. Die radioaktiven Isotope zerfallen aufgrund des Quantentunnelns in einer exponentiell abnehmenden statistischen Zeitspanne, die als Halbwertszeit bekannt ist, exotherm zum stabilen Kern zurück.

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