Unterschied zwischen stabilen und instabilen Isotopen

Hauptunterschied - stabile gegen instabile Isotope

Isotope sind Atome desselben Elements, die unterschiedliche Atomstrukturen aufweisen. Isotope desselben Elements haben die gleiche Ordnungszahl, da sie unterschiedliche Formen desselben Elements darstellen. Sie unterscheiden sich in der Anzahl der Neutronen, die sie in ihren Kernen haben. Die Atommasse eines Elements wird durch die Summe der Anzahl der Protonen und der Anzahl der Elektronen bestimmt. Daher unterscheiden sich die Atommassen der Isotope voneinander. Isotope können hauptsächlich in zwei Gruppen als stabile Isotope und instabile Isotope unterteilt werden. Der Hauptunterschied zwischen stabilen und instabilen Isotopen ist der Stabile Isotope haben stabile Kerne, während instabile Isotope instabile Kerne haben.

Wichtige Bereiche

1. Was sind stabile Isotope?
      - Definition, Eigenschaften, Anwendungen
2. Was sind instabile Isotope?
      - Definition, Eigenschaften, Anwendungen
3. Was ist der Unterschied zwischen stabilen und instabilen Isotopen?
      - Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: Alpha-Zerfall, Stabilitätsgürtel, Elektronen, Helium, Isotope, magische Zahlen, Neutronen, Protonen, Radioaktivität, Uran

Was sind stabile Isotope?

Stabile Isotope sind Atome mit stabilen Kernen. Sie sind aufgrund der Stabilität ihrer Kerne nicht radioaktiv. Daher emittieren stabile Kerne keine Strahlung. Ein bestimmtes Element kann mehr als ein stabiles Isotop haben. Für einige Elemente wie Uran sind alle Isotope instabil. Die zwei Hauptfaktoren, die die Stabilität von Kernen bestimmen, sind das Verhältnis von Protonen zu Neutronen und die Summe von Protonen und Neutronen.

Das Phänomen "Magische Zahlen”Ist ein Begriff in der Chemie, der die Ordnungszahlen der stabilsten Isotope beschreibt. Die magische Zahl kann entweder die Anzahl der Protonen oder die Anzahl der Neutronen sein. Wenn ein bestimmtes Element eine magische Anzahl von Protonen oder Neutronen aufweist, handelt es sich um stabile Isotope.

Magic Numbers: 2, 8, 20, 28, 50, 82

Protonen: 114

Neutronen: 126, 184 sind magische Zahlen.

Wenn außerdem die Anzahl der Protonen und der Neutronen gerade ist, sind diese Isotope höchstwahrscheinlich stabil. Ein anderer Weg ist die Berechnung des Proton: Neutronenverhältnisses. Es gibt eine Standardgrafik von Anzahl der Neutronen vs. Anzahl der Protonen. Wenn das Proton: Neutron-Verhältnis zu der Region für stabile Isotope in diesem Graphen passt, sind diese Isotope im Wesentlichen stabil.

Abbildung 1: Der Graph der Anzahl der Neutronen gegen die Anzahl der Protonen. Der farbige Bereich wird als Stabilitätsgürtel bezeichnet.

Obwohl stabile Isotope nicht radioaktiv sind, haben sie viele Anwendungen. Zum Beispiel hat das Wasserstoffelement drei Hauptisotope. Sie sind Protium, Deuterium und Tritium. Protium ist das stabilste und am häufigsten vorkommende Isotop unter ihnen. Tritium ist das instabilste Isotop. Deuterium ist auch stabil, ist aber in der Natur nicht so reichlich vorhanden. Protium ist jedoch fast überall ein Isotop. Deuterium kann in Form von schwerem Wasser für Laboranwendungen verwendet werden.

Einige Elemente haben nur ein stabiles Isotop. Diese Elemente werden aufgerufen monoisotop. Es sind 26 monoisotopische Elemente bekannt. Andere Elemente haben mehr als ein stabiles Isotop. Zinn (Sn) hat beispielsweise 10 stabile Isotope.

Was sind instabile Isotope?

Instabile Isotope sind Atome mit instabilen Kernen. Dies sind radioaktive Isotope. Deshalb werden sie auch gerufen radioaktive Isotope. Einige Elemente wie Uran haben nur radioaktive Isotope. Andere Elemente haben sowohl stabile als auch instabile Isotope.

Ein instabiles Element kann aus verschiedenen Gründen instabil sein. Das Vorhandensein einer hohen Anzahl von Neutronen im Vergleich zur Anzahl der Protonen ist ein solcher Grund. Bei dieser Art von Isotopen tritt ein radioaktiver Zerfall auf, um einen stabilen Zustand zu erhalten. Hier werden Neutronen in Protonen und Elektronen umgewandelt. Dies kann wie folgt angegeben werden.

¹₀n →      ¹₁p     +       ⁰_-1e

n ist ein Neutron, p ist ein Proton und e ist ein Elektron. Die Masse des Partikels wird in der Großschreibung angegeben und die elektrische Ladung in der Kleinschreibung.

Einige Isotope sind aufgrund der hohen Protonenzahl instabil. Hier kann ein Proton in ein Neutron und ein Positron umgewandelt werden. Ein Positron ist einem Elektron ähnlich, aber die elektrische Ladung beträgt +1.

¹₁p →    ¹₀n  +   ⁰₁e

Hier ⁰₁e gibt das Positron an.

Manchmal kann es zu viele Protonen und zu viele Elektronen geben. Dies zeigt an, dass die Atommasse sehr hoch ist. Dann werden zwei Protonen und zwei Neutronen als Heliumatom emittiert. Dies wird als Alpha-Zerfall bezeichnet.

Abbildung 2: Alpha-Zerfall von Radium-226

Radioaktive Elemente haben viele Anwendungen in der Forschungsarbeit. Diese können beispielsweise zur Bestimmung des Alters von Fossilien, zur DNA-Analyse oder für medizinische Zwecke verwendet werden.

In instabilen Isotopen kann der radioaktive Zerfall anhand seiner Halbwertzeit gemessen werden. Die Halbwertszeit einer Substanz wird als die Zeit definiert, die diese Substanz benötigt, um aufgrund des Zerfalls die Hälfte ihrer ursprünglichen Masse zu werden.

Unterschied zwischen stabilen und instabilen Isotopen

Definition

Stabile Isotope: Stabile Isotope sind Atome mit stabilen Kernen.

Instabile Isotope: Instabile Isotope sind Atome mit instabilen Kernen.

Radioaktivität

Stabile Isotope: Stabile Isotope zeigen keine Radioaktivität.

Instabile Isotope: Instabile Isotope zeigen Radioaktivität.

Magische Zahlen

Stabile Isotope: Magische Zahlen geben die Anzahl der Protonen oder die Anzahl der Neutronen an, die in den stabilsten Isotopen vorhanden sind.

Instabile Isotope: Magische Zahlen geben nicht die Anzahl der Protonen oder Elektronen in instabilen Isotopen an.

Anwendungen

Stabile Isotope: Stabile Isotope werden für Anwendungen verwendet, bei denen keine Radioaktivität vorhanden sein sollte.

Instabile Isotope: Instabile Isotope werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen Radioaktivität wichtig ist, wie beispielsweise bei der DNA-Analyse.

Halbes Leben

Stabile Isotope: Die Halbwertzeit eines stabilen Isotops ist sehr lang oder es hat überhaupt keine Halbwertzeit.

Instabile Isotope: Die Halbwertszeit instabiler Isotope ist kurz und kann leicht berechnet werden.

Fazit

Alle Elemente der Erde können in zwei Gruppen als stabile Isotope und instabile Isotope unterteilt werden. Stabile Isotope sind natürlich vorkommende Formen von Elementen, die nicht radioaktiv sind. Instabile Isotope sind Atome mit instabilen Kernen. Daher unterliegen diese Elemente einer Radioaktivität. Dies ist der Hauptunterschied zwischen stabilen und instabilen Isotopen. Radioaktivität ist in vielen Anwendungen nützlich, ist aber nicht gut für unsere Gesundheit, da Strahlung zu Mutationen in unserer DNA führen kann, die zur Bildung von Krebszellen führen können.

Verweise:

1. "Nukleare Stabilität". EasyChem - Die besten HSC-Notizen für die Chemie, Syllabus-Punkte, frühere Papiere und Videos. N.p., n. D. Netz. Hier verfügbar. 27. Juli 2017. 
2. Texttexte. "Nuclear Magic Numbers". Chemie LibreTexts. Textsammlung, 05. Juni 2017. Web. Hier verfügbar. 27. Juli 2017. 

Bildhöflichkeit:

1. "Isotope und Halbwertszeit" Von BenRG - Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia
2. "Alpha-Zerfall" von PerOX - (CC0) über Commons Wikimedia