Nuclear Properties

00:02 Jetzt haben wir die Optik und die Diskussion über optische Instrumente und die Grundlagen ihrer Funktionsweise abgeschlossen.

00:07 Wir werden nun in die sehr kleine Welt zoomen und beginnen über den Atomkern zu sprechen.

00:12 Wir beginnen mit dem Atomkern und den nuklearen Eigenschaften dieses Kerns.

00:18 Im Atomkern finden wir einige wenige Objekte, diese werden als "Nukleonen" bezeichnen.

00:22 Also, wir haben Protonen und Neutronen, und diese bilden den Nukleus, also den Kern des Atoms, Wohingegen das Atom neben dem Nukleus (Kern) auch die Elektronen, die den Kern umkreisen, umfasst.

00:33 Die Art und Weise, wie wir die Atome beschreiben, insbesondere wenn wir über das Periodensystem sprechen, bestimmt sich über die Anzahl der Protonen in diesem Kern.

00:42 Die Anzahl der Protonen im Kern definiert für uns die Identität dieses Nukleus.

00:48 So wird zum Beispiel Kohlenstoff definiert als das Element das 6 Protonen in seinem Kern hat.

00:54 Auf der anderen Seite haben wir auch die Anzahl der Neutronen in diesem Kern.

00:59 Und die Anzahl der Neutronen wird die Identität des Elements nicht ändern.

01:03 Stattdessen nennen wir das dann Isotope, wenn wir eine andere Zahl von Neutronen im Atomkern haben.

01:08 So könnte es zum Beispiel bei Kohlenstoff 6 Neutronen im Nukleus geben.

01:12 Es kann aber auch eine andere Anzahl von Neutronen im Kern vorhanden sein.

01:14 In diesem Fall würden wir sagen, dass es sich um Isotope von Kohlenstoff handelt.

01:17 Die Identität des Kohlenstoffs bleibt aber gleich weil die Anzahl der Protonen immer noch 6 Protonen beträgt.

01:23 Wir können immer die Gesamtzahl der Nukleonen finden oder der Dinge im Atomkern, der sowohl Protonen als auch Neutronen enthält.

01:31 Nämlich durch einfaches Addieren der Anzahl von Protonen und Neutronen.

01:34 Wenn wir also zum Beispiel 6 Protonen und 6 Neutronen haben, würden wir dieses Element als Kohlenstoff 12 bezeichnen.

01:41 Das bedeutet, dass es insgesamt 12 Nukleonen im Kohlenstoff gibt.

01:44 Während die Anzahl der Protonen, die den Kohlenstoff definieren immer noch 6 ist.

01:49 Auf der anderen Seite haben wir ein Isotop von Kohlenstoff, das eine andere Anzahl von Neutronen hat.

01:54 In diesem Fall würde die Gesamtzahl der Nukleonen 13 betragen.

01:58 Wir bezeichnen es stattdessen als Kohlenstoff 13.

02:00 Es ist auch wichtig zu wissen, dass in Bezug auf Isotope, viele Isotope mit dieser zusätzlichen Anzahl an Neutronen, instabile Isotope sind.

02:09 Wir können also nicht einfach so viele Neutronen wie wir möchten in einen Kern hinzufügen und trotzdem einen stabilen Kern haben.

02:15 Irgendwann, und in der Regel ziemlich schnell, wird er instabil und zerfällt, wie wir es nennen, und verliert Neutronen und wird möglicherweise zu einem ganz anderen Atom.

02:26 Wir können einige weitere Eigenschaften definieren und sie zueinander in Beziehung setzen.

02:30 Die Massenzahl ist die Gesamtzahl der Nukleonen.

02:34 Dazu gehören sowohl Protonen als auch Neutronen.

02:36 Die Ordnungszahl definiert das Atom selbst.

02:40 Und das ist die Anzahl der Protonen.

02:42 Wir bezeichnen dies als "Z".

02:45 Die Anzahl der Neutronen wird als "Neutronenzahl" bezeichnet.

02:49 Wir bezeichnen es als "N".

02:50 Und dann, wie wir gerade besprochen haben, die Gesamtmassenzahl, welche die Gesamtzahl der Nukleonen "A" ist, ist einfach die Summe aller Protonen und alle Neutronen, Z + N.

03:00 In der atomaren Notation haben wir eine Möglichkeit, ein bestimmtes Atom oder ein bestimmtes Element in einer Weise zu schreiben, in der wir ausdrücken können was all diese Zahlen zusammen bedeuten.

03:11 Zum Beispiel mit Kohlenstoff hier da schreiben wir die Massenzahl, die Gesamtzahl der Nukleonen, oben links.

03:18 Und dann schreiben wir hier die Anzahl der Protonen, die Ordnungszahl, unten rechts.

03:23 So hat Kohlenstoff 13 natürlich eine Gesamtatomzahl von 13.

03:28 Das bedeutet, dass es 6 Protonen und 7 Neutronen hat.

03:32 Der Grund, warum wir es oft nur als Kohlenstoff 13 ohne die 6 unten links steht, ist, dass da wir wissen, dass es sich um Kohlenstoff handelt, wir bereits wissen, wie viele Protonen es haben muss.

03:42 Wenn ich also Kohlenstoff 13 sage, weiß ich bereits in meinem Kopf, dass es tatsächlich 6 Protonen haben muss, weil wir es Kohlenstoff genannt haben.

03:49 Und ich kann selbst herausfinden, wie viele Neutronen es sind, nur durch die Verwendung der Massennummer.

03:55 Jedes stabile Isotop hat eine bestimmte natürliche Häufigkeit.

03:59 Und es ist wichtig, dass wir über stabile Isotope sprechen.

04:02 Denn die instabilen Isotope sind die, von denen wir sagten dass sie auseinanderbrechen und nicht sehr lange bestehen bleiben.

04:06 Aber einige Isotope sind stabil, d. h. sie bleiben lange genug bestehen, um von uns gemessen zu werden.

04:13 Wenn ich also zum Beispiel etwas Kohlenstoff vom Boden aufhebe, kann ich messen, wie viele unterschiedliche Arten von Isotopen dort sind.

04:18 Und das würde man als natürliche Häufigkeit bezeichnen.

04:21 Wenn ich also zum Beispiel jetzt etwas Kohlenstoff aufheben würde, wären über 98 % dieses Kohlenstoffs Kohlenstoff 12.

04:27 Das wäre die natürliche Häufigkeit von Kohlenstoff 12.

04:29 Und nur ein sehr geringer Prozentsatz davon wäre Kohlenstoff 13.

04:34 Und das ist die natürliche Häufigkeit von Kohlenstoff 13.

04:36 Auf das Atomgewicht haben wir bereits hingewiesen.

04:41 In einer Tabelle des Periodensystems wird es unter dem Element aufgeführt.

04:44 Und diese Zahl sagt uns, wie viele Gramm dieses Elements in einem Mol dieses Elements enthalten wären.

04:50 Und denken Sie daran, dass ein Mol nur eine sehr, sehr große Zahl ist um die Anzahl der Kohlenstoff 12-Atome zu ermitteln die wir bräuchten, um 12 Gramm Kohlenstoff zu bilden.

04:59 Wir haben bereits erwähnt, dass Kohlenstoff nicht immer Kohlenstoff 12 ist.

05:02 Ein kleiner Prozentsatz davon ist tatsächlich Kohlenstoff 13, etwas schwerer.

05:06 Das Atomgewicht von Kohlenstoff ist etwas höher aufgrund der natürlichen Häufigkeit von Kohlenstoff 13.

05:14 Das Atomgewicht, nicht zu vergessen, enthält diese Kohlenstoff 13 die einfach nur im Boden liegen würden.

05:20 Wenn ich also von Kohlenstoff 12 spreche, meine ich nicht eine Probe, die ich aus dem Boden entnommen habe.

05:25 Diese natürliche Häufigkeit ist also wieder das, was wir in der Natur sehen würden, wenn wir einfach losziehen und eine Probe von Kohlenstoff finden würden, die eine Mischung aus Kohlenstoff 12 und Kohlenstoff 13 enthalten würde.