Eisen hat von allen bekannten Elementen die höchste Bindungsenergie pro Nukleon. Aber warum speziell Eisen? Warum hat es die höchste Bindungsenergie pro Nukleon?
Die Existenz von Kernen ist von einer Reihe quantenmechanischer Randbedingungen abhängig. Sie erscheinen als Lösungen für ein Problem, bei dem ein Gleichgewicht besteht aus: a) der anziehenden Spill-over-Farbkraft, die die Quarks in ein Proton oder ein Neutron bindet, b) der abstoßenden elektromagnetischen Kraft zwischen Protonen, c) dem Pauli-Ausschlussprinzip, d ) die Instabilität nicht stark gebundener Neutronen zu einem schwachen Zerfall. Es gibt zusätzliche Faktoren, die eintreten, sobald Elektronen um einen Kern gefangen werden, aber das ist eine andere Geschichte.
Um zu beantworten, „warum“ das Element mit 26 Protonen und 30 Neutronen stabil ist (oder das mit 26 Protonen und 32 Neutronen) und nahezu die maximale Bindungsenergie hat, benötigt man ein spezifisches quantenmechanisches Modell für das kollektive Potenzial der oben genannten Faktoren . Schalenmodelle sind ziemlich erfolgreich bei der Klassifizierung des Periodensystems.
Die wirkliche Antwort auf Eisen wäre jedoch phänomenologisch, das ist das, was wir beobachten und phänomenologisch an die Weizsäcker- Formel anpassen, die auf einem Flüssigkeitstropfenmodell basiert. Die Art und Weise, wie das effektive Potential funktioniert, die Aufnahme von immer mehr Nukleonen in die Potentialmulde, nachdem Eisen aufgehört hat, eine tiefere effektive Potentialmulde zu schaffen, aufgrund der oben beschriebenen Zunahme der Wirkung von Abstoßungskräften.
Bitte beachten Sie, dass es Ni62 ist, das in der Bindungsenergiekurve fester gebunden ist.
Was das stabilste Element (Fe) bestimmt, ist der Kompromiss zwischen der Kernbindung (anziehend) und der Coulomb-Abstoßung zwischen Protonen. Nukleonen spüren Bindungskräfte, die als Massen- und Oberflächenkräfte beschrieben werden können. Die Volumenkräfte sind diejenigen, die mit der Sättigung der Kernkräfte verbunden sind (die Kerndichte im Inneren schwerer Atome ist relativ konstant). Oberflächenterme sind mit der reduzierten Bindung an der Kernoberfläche aufgrund der reduzierten Dichte verbunden. Die Coulomb-Abstoßung baut sich auf, wenn die Protonenzahl erhöht wird. Es kommt einfach vor, dass ein Übergang in der Nähe von Fe auftritt (die Coulomb-Abstoßung beginnt, die verstärkte Bindung zu dominieren, da das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen verringert wird).
Sebastian Riese
QMechaniker
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Nilay Ghosh