Wenn Sie mehr Neutronen als Protonen haben, ist eine stärkere Kraft vorhanden, um den Abstoßungskräften zwischen Protonen entgegenzuwirken. Warum ist oberhalb von Wismut kein Kern stabil, unabhängig von seinem N:Z-Verhältnis?
Die Antworten von Alex und userTLK sind richtig, aber unvollständig.
Zwar wirkt die starke Kraft im Wesentlichen nur zwischen den nächsten Nachbarn, während die Coulomb-Abstoßung zwischen allen Protonen wirkt, aber eigentlich verhindert die schwache Kraft die Bildung extrem großer Kerne.
Man muss zum Beispiel erklären, warum man mit immer mehr Neutronen keine Kerne bauen kann, indem man einfach das Verhältnis von Neutronen zu Protonen erhöht.
Die Antwort ist, dass Neutronen (über eine schwache Wechselwirkung) in Protonen (und Elektronen) zerfallen, vorausgesetzt, es gibt einen freien Quantenzustand, in den das Proton fallen kann . Ist dies nicht der Fall, wird der Beta-Zerfall durch das Pauli-Ausschlussprinzip „blockiert“. Daher sind hochgradig neutronenreiche Kerne gegenüber Beta-Zerfall instabil.
Interessanterweise kann der Beta-Zerfall in einer Neutronensternkruste auch durch umgebende entartete Elektronen blockiert werden (wenn ihre Fermi-Energie hoch genug ist). Dort kann man riesige (Atommasse über 300) neutronenreiche Kerne bauen.
Der Grund dafür ist, dass die starke Kraft nicht kumulativ ist, die elektromagnetische Kraft jedoch. Nun, die starke Kraft ist etwas komplizierter, da sie sich basierend auf der Anzahl der Protonen und Neutronen ändert, aber sie baut sich nicht kontinuierlich auf, da mehr Protonen oder Neutronen an den Kern gebunden sind, aber die elektromagnetische Kraft tut es.
Angenommen, Sie haben ein Heliumatom, 2 Protonen, 2 Neutronen, jedes ist durch die starke Kraft fest gebunden und die 2 Protonen werden nur voneinander abgestoßen. Es ist also 1 starke Anziehungskraft und 1 elektromagnetische Abstoßungskraft und die starke Kraft gewinnt. Die starke Kraft ist 137 mal stärker
Nehmen Sie jetzt Uran, 92 Protonen. Jedes Proton und Neutron ist durch die starke Kraft an den Kern gebunden, aber es ist nur eine starke Anziehungskraft, aber jedes Proton wird jetzt von 91 anderen positiv geladenen Protonen abgestoßen. Daher haben Sie 91 kleine Kräfte, die es wegdrücken. Das ist viel weniger stabil.
Quanteninstabilität tritt immer bei 83 oder mehr Protonen auf (1-82 sind meistens stabil, mit Ausnahme von Technetium und Promethium mit 43 bzw. 61 Protonen), was an und für sich ziemlich merkwürdig ist. Die starke Kraft bindet bei bestimmten Kombinationen fester, und als allgemeine Regel gilt, dass gerade Protonenzahlen häufiger stabil sind als ungerade Zahlen. Ich bin mir nicht sicher, warum das so ist, aber es scheint durchweg wahr zu sein.
Mehr dazu hier: https://en.wikipedia.org/wiki/Even_and_odd_atomic_nuclei und, lose verwandt, hier: http://io9.com/the-oddo-harkins-rule-shows-the-universe-hates-the -ungerade-1446581327
Bitte sehen Sie sich auch die Antwort von Rob Jeffries an, da er die schwache Kraft erwähnt - ich denke, seine Antwort ist richtiger als meine.
Obwohl es mehr Neutronen als Protonen gibt, um der elektrostatischen Abstoßung entgegenzuwirken, gibt es immer noch eine Protonenabstoßung. Diese Abstoßung wächst mit immer größeren Atomen. Durch die Emission von Alphastrahlung oder Heliumkernen kann ein Atom von einem Zustand hoher Energie in einen Zustand niedrigerer Energie übergehen. Aus diesem Grund wird es als Zerfall bevorzugt. Je mehr Protonen, desto mehr Abstoßung und höherer Energiezustand.
Es ist vergleichbar mit Elektronen, die durch Emission von Photonen von höheren Energiezuständen in niedrigere übergehen. Je energiereicher das Elektron ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass es ein Photon emittiert und zu einer niedrigeren Energie übergeht. Kerne sind ähnlich, stehen aber unter dem Einfluss unterschiedlicher Kräfte.
Mit zunehmender Massenzahl wird der Abstoßungseffekt signifikanter, da die starke Kernkraft (die alle Nukleonen bindet) eine sehr kurze Reichweite hat, die Coulomb-Kraft jedoch nicht: Aus diesem Grund steigt die Energie, die in der abstoßenden Coulomb-Kraft zwischen Protonen gebunden ist schneller, wenn die Massenzahl zunimmt, als Energie, die in attraktiven starken Kernkräften gebunden ist, die zwischen zwei beliebigen Nukleonen gebunden sind.
Deshalb werden schwere Kerne instabil.
große Kerne enthalten mehr Protonen. Infolgedessen nimmt die Abstoßungskraft des Columbs zwischen Protonen zu und wird über die kurzreichweitige anziehende Kernkraft zwischen Nukleonen dominant. Als Ergebnis nimmt die Instabilität großer Kerne zu.
anna v
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