Warum hat ein "typisches" Wasserstoffatom kein Neutron?

Das häufigste Wasserstoffisotop hat keine Neutronen. Andere Isotope sind Deuterium mit 1 Neutron und Tritium mit 2 Neutronen. Da praktisch der gesamte (99,98% laut Wiki) natürlich vorkommende Wasserstoff im Isotop ohne Neutronen vorkommt, erscheint es vernünftig, dass Bücher ein Schema davon zeigen, wenn sie Wasserstoff veranschaulichen.

Als sekundäre Motivation ist das ein Elektron + ein Proton das einfachste Atom, das Sie sich vorstellen können, daher ist es eine gute Wahl.

In Sachen Lexikon: Jedes Atom ist ein Isotop eines bestimmten Elements. Außerdem kommt jedes Element in verschiedenen Isotopen vor, die sich nur durch ihre Anzahl an Neutronen unterscheiden. Ich habe Ihnen drei Isotope für das Element Wasserstoff vorgestellt. In diesem Fall gibt es in Bezug auf die Häufigkeit einen überwältigenden „Standardfall“, sodass wir uns sicher fühlen, ein bestimmtes Isotop mit dem Namen des Elements zu bezeichnen. In anderen Fällen ist diese Wahl nicht so selbstverständlich.

Man kann sich vorstellen, in einem anderen Universum zu leben, wo die meisten Kerne des Elements mit der Ladung 1 Deuterium waren und das leichtere Protium der seltene Ausreißer war.

Wir leben jedoch nicht in diesem Universum. Der größte Teil der gewöhnlichen Materie im Universum besteht aus Wasserstoff (75 Massenprozent) und Helium (25 Massenprozent), die seit dem Urknall nicht verarbeitet wurden . Deuterium ist ein besonders zerbrechlicher Kern: Es hat keine angeregten Zustände, sondern spaltet sich in ein Proton und ein Neutron, wenn es von einem Photon mit einer Energie von mehr als 2 MeV getroffen wird. Sobald diese Spaltung stattfindet, hat das Neutron nur etwa fünfzehn Minuten Zeit, bevor es in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino zerfällt.

Selbst wenn es zu Beginn der Geschichte des Universums eine Periode gegeben hätte, in der der größte Teil der Materie aus Deuterium bestand, wäre das Deuterium in freie Protonen und Neutronen dissoziiert, wenn die Temperatur nicht bereits unter 2 MeV läge.

(Ich denke nicht einmal an Tritium, das eine Halbwertszeit von etwa 12 Jahren hat.)

Die chemischen Eigenschaften eines Elements werden immer durch die Ordnungszahl bestimmt, also die Anzahl der Protonen im Atomkern. Alle Kohlenstoffatome haben sechs Protonen, alle Eisenatome haben 26 usw. Es ist die Ordnungszahl, die zum Beispiel im Periodensystem prominent vertreten ist.

Bis zur Entdeckung des Neutrons im Jahr 1932 war das in Ordnung. Nachdem festgestellt wurde, dass das Neutron zusammen mit Protonen den Atomkern besetzt, musste für Atome mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl im Kern ein anderer Name geprägt werden. Dieser Begriff war "Isotop", was "an derselben Stelle" bedeutet (im Periodensystem, dh mit derselben Ordnungszahl.

Einige Isotope haben weniger Neutronen als Protonen, einige haben die gleiche Anzahl von Protonen und Neutronen und einige Isotope haben mehr Neutronen als Protonen, aber solange eine Ansammlung von Atomen alle die gleiche Anzahl von Protonen haben, dann alle Atome in dieser Probe bestehen aus verschiedenen Isotopen desselben Elements.

In allen Fällen ist die Anzahl der Protonen + die Anzahl der Neutronen = die Atommassenzahl eines Atoms. Kohlenstoff-14 zum Beispiel enthält 6 Protonen + 8 Neutronen, um die Atommassenzahl 14 zu ergeben. U-238 hat 92 Protonen und 146 Neutronen, während U-235 92 Protonen und 143 Neutronen hat. Chemisch verhalten sich beide Uranisotope identisch, aber U-235 kann eine Spaltkettenreaktion aufrechterhalten, während U-238 dies nicht kann. Diese drei zusätzlichen Neutronen machen auf atomarer Ebene einen Unterschied.