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Isotope erkennen und Neutronenzahl berechnen
Isotope sind Atome desselben Elements mit gleich vielen Protonen, aber unterschiedlich vielen Neutronen. Deshalb haben sie dieselbe Ordnungszahl, jedoch verschiedene Massenzahlen.
Auf dieser Seite lernst du, Isotope zu erkennen, Nuklidsymbole zu lesen und die Neutronenzahl zu berechnen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Woran erkennst du Isotope?
Die Anzahl der Protonen bestimmt, zu welchem Element ein Atom gehört. Jedes Kohlenstoffatom besitzt zum Beispiel sechs Protonen.
Die Anzahl der Neutronen kann bei Atomen desselben Elements unterschiedlich sein. Solche Atome heißen Isotope.
Isotop
Isotope sind Atome desselben Elements mit gleicher Protonenzahl und unterschiedlicher Neutronenzahl. Sie besitzen daher dieselbe Ordnungszahl, aber verschiedene Massenzahlen.
Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14 sind Isotope:
| Atomart | Protonen | Neutronen | Massenzahl |
|---|---|---|---|
| Kohlenstoff-12 | 6 | 6 | 12 |
| Kohlenstoff-14 | 6 | 8 | 14 |
Beide gehören wegen ihrer sechs Protonen zu Kohlenstoff. Die unterschiedliche Neutronenzahl erklärt die unterschiedlichen Massenzahlen.
Die Protonenzahl entscheidet über das Element. Die Neutronenzahl entscheidet mit darüber, welches Isotop des Elements vorliegt.
Wie liest du ein Nuklidsymbol?
Ein einzelnes, durch Protonen- und Neutronenzahl eindeutig bestimmtes Teilchen heißt Nuklid. Die Nuklidschreibweise fasst seine Kerndaten zusammen:
$$ {}^{A}_{Z}X $$
- $X$ ist das Elementsymbol.
- $Z$ ist die Ordnungszahl und damit die Protonenzahl.
- $A$ ist die Massenzahl, also die Summe aus Protonen und Neutronen.
Für die Neutronenzahl $N$ gilt:
$$ A=Z+N $$
Daraus folgt:
$$ N=A-Z $$
In $^{14}_{6}\mathrm{C}$ steht die 6 links unten für sechs Protonen. Die 14 links oben ist die Massenzahl.
Wie viele Neutronen besitzt Kohlenstoff-14?
- Lies die Massenzahl ab: $A=14$.
- Lies die Ordnungszahl ab: $Z=6$.
- Setze in $N=A-Z$ ein:
$$ N=14-6=8 $$
Kohlenstoff-14 besitzt also 8 Neutronen.
Im Fließtext steht die Massenzahl hinter dem Elementnamen, zum Beispiel Sauerstoff-18. Sauerstoff hat die Ordnungszahl 8. Daher besitzt Sauerstoff-18 genau $18-8=10$ Neutronen.
Welche Zahlen darfst du nicht verwechseln?
Ordnungszahl, Massenzahl und Atommasse im Periodensystem meinen nicht dasselbe.
| Größe | Bedeutung | Typische Form |
|---|---|---|
| Ordnungszahl $Z$ | Anzahl der Protonen | ganze Zahl |
| Neutronenzahl $N$ | Anzahl der Neutronen | ganze Zahl |
| Massenzahl $A$ | Protonen plus Neutronen | ganze Zahl |
| Atommasse im Periodensystem | nach natürlichen Häufigkeiten gewichtete Masse der Isotope | häufig keine ganze Zahl |
Ein Nuklid ist durch $Z$ und $A$ eindeutig festgelegt, etwa Kohlenstoff-14. Das Wort Isotop betont dagegen die Beziehung zu anderen Atomarten desselben Elements.
Auch die Elektronenzahl ist nicht die Ordnungszahl. Bei einem neutralen Atom sind Elektronen- und Protonenzahl zwar gleich. Ein Ion hat jedoch Elektronen aufgenommen oder abgegeben. Sein Kern und damit seine Isotopenzugehörigkeit ändern sich dadurch nicht.
Was unterscheidet Isotope in ihren Eigenschaften?
Isotope eines Elements besitzen eine sehr ähnliche Elektronenhülle. Deshalb verhalten sie sich chemisch meist fast gleich. Ihre unterschiedlichen Neutronenzahlen führen jedoch zu unterschiedlichen Massen.
Isotope können außerdem verschieden stabil sein:
- Stabile Isotope zeigen keinen radioaktiven Zerfall.
- Instabile oder radioaktive Isotope wandeln sich mit der Zeit in andere Nuklide um und geben dabei Strahlung ab.
Wasserstoff zeigt die Unterschiede besonders deutlich:
| Isotop | Kernzusammensetzung | Eigenschaft |
|---|---|---|
| Protium, $^{1}\mathrm{H}$ | 1 Proton, 0 Neutronen | stabil |
| Deuterium, $^{2}\mathrm{H}$ oder D | 1 Proton, 1 Neutron | stabil und schwerer als Protium |
| Tritium, $^{3}\mathrm{H}$ oder T | 1 Proton, 2 Neutronen | radioaktiv |
Gleiche Protonenzahl bedeutet gleiches Element. Unterschiedliche Neutronenzahl kann Masse und Kernstabilität verändern.
Wozu werden Isotope genutzt?
Der Massenunterschied und die teilweise vorhandene Radioaktivität machen Isotope messbar und unterscheidbar.
- Bei der Isotopenmarkierung ersetzt man bestimmte Atome gezielt durch ein anderes Isotop. Die spätere Position der Markierung gibt Hinweise auf Reaktions- oder Stoffwechselwege.
- Die Radiokarbonmethode nutzt das radioaktive Kohlenstoffisotop $^{14}\mathrm{C}$ zur Altersbestimmung organischen Materials.
- In der NMR-Spektroskopie helfen unter anderem $^{1}\mathrm{H}$ und $^{13}\mathrm{C}$ bei der Untersuchung von Molekülstrukturen.
- Massenspektrometrische Verfahren trennen geladene Teilchen nach ihrem Verhältnis von Masse zu Ladung und können dadurch Isotopenverhältnisse bestimmen.
Wird in einem Ausgangsstoff ein Sauerstoffatom durch Sauerstoff-18 markiert, kann nach der Reaktion geprüft werden, in welchem Produkt sich dieses Isotop befindet. So lässt sich ein möglicher Reaktionsweg untersuchen.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Isotope
- gleiche Protonenzahl und gleiche Ordnungszahl
- unterschiedliche Neutronenzahl und Massenzahl
- Schreibweise mit Elementsymbol, Massenzahl und Ordnungszahl
- Berechnung mit $N=A-Z$
- stabile oder radioaktive Kerne
- Anwendungen durch Markierung und Messung