Warum zerfallen alle Elemente über FeFe\require{mhchem}\ce{Fe} nicht zu FeFe\ce{Fe}?

OK, also Fe ist das „stabilste Element“. Warum also zerfallen nicht alle Elemente darüber Fe ? Würde es nicht in allen Fällen zu einer Erhöhung der Bindungsenergie und damit zur Freisetzung von Energie führen, was bedeutet, dass es energetisch machbar ist und spontan (bei genügend Zeit) geschehen sollte?

Wie würden Sie die Ladung beim Zerfall eines Elements über Eisen nur in Eisen erhalten?
@ User58220 Alpha-Emission. Oder Positronenemission.
Obwohl ein Großteil der Kosmologie inzwischen hoffnungslos veraltet ist, ist der Abschnitt von Freeman Dysons klassischem Artikel „Time without end: Physics and biology in an open universe“ (der vollständige Text ist hier und da im Internet verfügbar, aber es ist nicht klar, dass diese Quellen sind urheberrechtlich koscher) mit dem Titel "Alle Materie zerfällt zu Eisen" diskutiert die Gob-Stopp-Zeitskalen ( ≈ 10 1500 j r ), auf dem dies voraussichtlich der Fall sein wird.
@BrandonEnright: Aber dann sprichst du über den Zerfall von etwas in Eisen und Helium, und die Änderung der Gesamtbindungsenergie der Gesamtreaktion ist nicht unbedingt positiv ...

Antworten (3)

Es sind zwei verschiedene Probleme zu berücksichtigen.

Erstens gibt es normalerweise eine Energiebarriere für den Zerfall. Radioaktiver Zerfall tritt aufgrund von Quantentunneln durch die Barriere auf, und die Rate hängt daher von der Barrierenhöhe ab. Eine der allerersten Studien dazu stammt von George Gamow aus dem Jahr 1928, der den Alpha-Zerfall von Uran-238 untersuchte. Obwohl der Alpha-Zerfall etwa 5 Mev Energie erzeugt (fast 500 Gigajoule pro Mol!!), ist die Halbwertszeit von Uran-238 etwa gleich dem Alter des Sonnensystems. Gamows Berechnung wird in diesem PDF oder Google für viele ähnliche Artikel diskutiert. Der Zerfall ist langsam, weil es eine Barriere von etwa 25 Mev gibt, die den Zerfall verhindert.

Während es also für einen Kern energetisch günstig sein kann, zu Eisen zu zerfallen, kann eine kinetische Barriere die Rate auf einen vernachlässigbar kleinen Wert reduzieren.

Zweitens, obwohl beispielsweise Nickel-60 eine niedrigere Bindungsenergie pro Nukleon haben kann als Eisen-56 1 Damit ist nicht die Reaktion gemeint:

60 N ich → 56 F e + a

ist exotherm, weil die a Partikel hat auch eine geringere Bindungsenergie pro Nukleon als Eisen 2 . Wenn Sie 56 Nickelkerne nehmen, sie in einzelne Nukleonen zerlegen und sie dann wieder in 60 Eisenkerne zusammenbauen, erhalten Sie möglicherweise eine Gesamtenergieabnahme, aber dieser Weg ist nicht verfügbar. Zerfallswege sind beschränkt auf a , β und Spaltung, und wenn irgendein Schritt energetisch nicht günstig ist, wird der Zerfallsprozess bei diesem Schritt aufhören.

1 Tatsächlich ist laut Wikipedia Nickel-62 der stabilste Kern, nicht Eisen-56

2 Ich habe keine Ahnung, ob diese Reaktion exotherm ist oder nicht

+1, schön, berücksichtigen Sie auch einige spezifische " magische Zahlen " , die ebenfalls damit zusammenhängen
Ni-62 hat die niedrigste Bindungsenergie pro Nukleon, Fe-56 die niedrigste Masse. Ich habe nie wirklich darüber nachgedacht, welche Messung wichtiger sein sollte, und tatsächlich hängt das mit einer unbeantworteten Frage auf dieser Website zusammen.
@ChrisWhite: Die relevante Menge ist Masse pro Baryon, da die Baryonenzahl erhalten bleibt. Die zusätzliche Masse durch zu viele Neutronen ist mit einem schwachen Isospin verbunden, der nicht erhalten bleibt. Somit kann diese Masse (über schwache Wechselwirkungen) in beliebig langer Zeit abgeworfen werden.
@JohnRennie Es ist nur mein Missverständnis, aber in Ihrer Antwort sagen Sie: "Nickel-60 hat möglicherweise eine höhere Bindungsenergie pro Kern als Eisen-56. Dies bedeutet nicht die Reaktion: ..." mürrisch, wenn Ni-60 eine höhere Bindungsenergie hat pro Nukleon ist dann Fe-56, Ni-60 schon stabiler als Fe-56 und diese Reaktion würde sowieso nicht stattfinden, da sie Energie erfordern würde?
@Joseph: Ups, das sollte eine niedrigere Bindungsenergie sein, dh weniger stabil.
@JohnRennie Ich denke, Sie haben möglicherweise eine ähnliche Maske in der Zeile unter der Gleichung erstellt. Ein Alpha-Teilchen hat eine Bindungsenergie pro Nukleon von etwa 7,08 MeV, während die eines Fe eine von etwa 8,7 MeV hat, daher hat ein Alpha-Teilchen eine geringere Bindungsenergie pro Nukleon als Fe.
Ist die Energiebarriere die Coulomb-Barriere?

Es gibt eine Reihe von Kernen, die theoretisch zerfallen können (basierend auf Erhaltungsgesetzen und Energie), für die kein Zerfall beobachtet wurde. Eine Liste gibt es bei Wikipedia . Es befinden sich mehr Kerne darauf (164) als Kerne, die energetisch am Zerfall gehindert sind (90). Die Lebensdauern sind lang genug, dass die Zerfälle nicht beobachtet werden.

Im Allgemeinen müssten Sie Cluster-Zerfallsprozesse berücksichtigen , die äußerst selten sind. Sie können die Zerfallswahrscheinlichkeiten solcher Prozesse mit Hilfe einer in diesem Artikel angegebenen Formel abschätzen .

Warum zerfallen alle Elemente über FeFe\require{mhchem}\ce{Fe} nicht zu FeFe\ce{Fe}?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v