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Isotope

Warum steht bei Chlor im Periodensystem 35,5 — obwohl es kein einziges Chloratom mit einem halben Neutron gibt?

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Gleiches Element, andere Kerne

Atome eines Elements haben immer gleich viele Protonen — die Zahl der Neutronen kann aber verschieden sein.

  • Isotope:Atome mit gleicher Protonenzahl Z, aber verschiedener Neutronenzahl N — und damit verschiedener Massenzahl A.
  • Kohlenstoff:\({}^{12}\mathrm{C}\) (6 p, 6 n), \({}^{13}\mathrm{C}\) (6 p, 7 n), \({}^{14}\mathrm{C}\) (6 p, 8 n); gesprochen „Kohlenstoff-12“ usw.
  • Wasserstoff:\({}^{1}\mathrm{H}\), Deuterium \({}^{2}\mathrm{H}\), Tritium \({}^{3}\mathrm{H}\) — die einzigen Isotope mit eigenen Namen.
  • Chemisch gleich:gleich viele Elektronen, also gleiches Reaktionsverhalten.
  • Physikalisch verschieden:verschiedene Masse; manche Kerne sind instabil und radioaktiv, z. B. \({}^{14}\mathrm{C}\).
Merke

Isotope: gleiches Z, verschiedenes N → verschiedenes A.

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Die mittlere Atommasse

Die meisten Elemente sind ein Gemisch aus mehreren Isotopen.

  • Reinelement:kommt in der Natur nur als ein Isotop vor, z. B. Natrium (\({}^{23}\mathrm{Na}\)) oder Gold (\({}^{197}\mathrm{Au}\)).
  • Mischelement:besteht aus mehreren Isotopen in fester Häufigkeit.
  • Atommasse im PSE:Mittelwert aller Isotope, gewichtet nach ihrer Häufigkeit — deshalb meist keine ganze Zahl.

Untersuche die Atome der Probe einzeln: Klicke ein Atom an (oder wähle es mit den Pfeiltasten und drücke Enter). Die Kern-Lupe zählt seine Protonen und Neutronen und markiert das Isotop farbig.

Isotope zählen

Halte fest: Je mehr Atome du untersuchst, desto näher kommt dein Mittelwert der Atommasse aus dem Periodensystem. Die Massen sind hier auf ganze u gerundet.

Herleitung:

\(\bar m=75{,}8\,\%\cdot 35\,\mathrm{u}+24{,}2\,\%\cdot 37\,\mathrm{u}\)
Ansatz
Chlor besteht zu 75,8 % aus \({}^{35}\mathrm{Cl}\) und zu 24,2 % aus \({}^{37}\mathrm{Cl}\).
\(\bar m=0{,}758\cdot 35\,\mathrm{u}+0{,}242\cdot 37\,\mathrm{u}\)
% → Anteil
Prozent in Dezimalzahlen umwandeln: durch 100 teilen.
\(\bar m=26{,}53\,\mathrm{u}+8{,}95\,\mathrm{u}\)
multiplizieren
Jedes Isotop trägt seinen Teil zur Masse bei.
\(\bar m\approx 35{,}5\,\mathrm{u}\)
Ergebnis
Genau der Wert aus dem Periodensystem — obwohl kein Chloratom 35,5 u wiegt.
Merke

Mittlere Atommasse: \(\bar m=h_1\cdot m_1+h_2\cdot m_2+\dots\) (h: Häufigkeit als Anteil, m: Masse des Isotops)

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Allgemeine Hinweise

Isotope sind keine Ionen

Isotope unterscheiden sich in der Zahl der Neutronen, Ionen in der Zahl der Elektronen. Isotope sind neutral.

Probe mit dem Mittelwert

Der Mittelwert liegt immer zwischen der leichtesten und der schwersten Isotopenmasse — und näher am häufigsten Isotop.

35,5 ist keine Massenzahl

Massenzahlen sind immer ganze Zahlen. Eine Kommazahl im PSE ist ein Mittelwert über viele Atome.

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