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Neutron: Aufbau und Neutronenzahl einfach erklärt
Ein Neutron ist ein elektrisch neutraler Baustein des Atomkerns. Zusammen mit den positiv geladenen Protonen gehört es zu den Nukleonen. Bei einem bestimmten Nuklid berechnest du die Neutronenzahl mit $N = A - Z$.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Woran erkennst du ein Neutron?
Neutron
Ein Neutron ist ein elektrisch neutrales Teilchen im Atomkern. Sein Formelzeichen ist $n$. Es besitzt ungefähr die gleiche Masse wie ein Proton.
Die Masse eines Neutrons beträgt ungefähr $1{,}675 · 10^{-27}$ kg beziehungsweise etwa $1$ u. Damit ist es rund 1800-mal so schwer wie ein Elektron.
Protonen und Neutronen befinden sich im Kern. Elektronen bilden dagegen die Hülle des Atoms. Eine wichtige Ausnahme ist der häufigste Wasserstoffkern: Er besteht nur aus einem Proton und enthält kein Neutron.
Ort, Ladung, Masse: Ein Neutron befindet sich gewöhnlich im Atomkern, ist ungeladen und hat ungefähr die Masse eines Protons.
Welche Aufgabe hat es im Atomkern?
Protonen und Neutronen heißen gemeinsam Nukleonen, also Kernbausteine. Beide nehmen an der starken Wechselwirkung teil, die wesentlich zum Zusammenhalt des Kerns beiträgt.
Zwischen Protonen wirkt zusätzlich eine elektrische Abstoßung, weil sie alle positiv geladen sind. Neutronen bringen keine weitere elektrische Abstoßung in den Kern ein. Ein Kern ist trotzdem nicht mit jeder beliebigen Anzahl von Neutronen stabil: Nur bestimmte Kombinationen aus Protonen und Neutronen ergeben stabile Kerne.
Zwei Kerne können gleich viele Protonen, aber unterschiedlich viele Neutronen enthalten. Sie gehören dann zum selben chemischen Element, besitzen jedoch unterschiedliche Massen und können unterschiedlich stabil sein.
Wie hängen Z, N und A zusammen?
Für einen bestimmten Atomkern verwendet man drei Zahlen:
- Ordnungszahl $Z$: Anzahl der Protonen; sie bestimmt das Element.
- Neutronenzahl $N$: Anzahl der Neutronen.
- Massenzahl $A$: Gesamtzahl der Protonen und Neutronen.
Daher gilt:
$$A = Z + N$$
Ein bestimmter Kern beziehungsweise eine durch Protonen- und Neutronenzahl festgelegte Atomsorte heißt Nuklid. Die Kernschreibweise lautet ${}^{A}_{Z}X$. Dabei steht $X$ für das Elementsymbol.
${}^{14}_{6}C$ bezeichnet Kohlenstoff-14:
- $Z = 6$: Der Kern besitzt 6 Protonen.
- $A = 14$: Der Kern besitzt insgesamt 14 Nukleonen.
- Die fehlenden Nukleonen sind Neutronen.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Die Ordnungszahl gibt die Zahl der an. Die Massenzahl zählt . Deshalb gilt für die Neutronenzahl .
Wie berechnest du die Neutronenzahl?
Stelle die Grundgleichung $A = Z + N$ nach $N$ um:
$$N = A - Z$$
Gehe dann in drei Schritten vor:
- Lies die Massenzahl $A$ ab.
- Lies die Ordnungszahl $Z$ ab.
- Berechne $A - Z$ und prüfe, ob das Ergebnis eine nicht negative ganze Zahl ist.
Für ${}^{14}_{6}C$ gilt:
$$N = A - Z = 14 - 6 = 8$$
Der Kern von Kohlenstoff-14 enthält also 8 Neutronen.
Uran-235 besitzt die Massenzahl $A = 235$ und die Ordnungszahl $Z = 92$:
$$N = 235 - 92 = 143$$
Ein Kern von Uran-235 enthält 143 Neutronen.
Die Massenzahl eines bestimmten Nuklids ist immer eine ganze Zahl. Eine Dezimalzahl für die Atommasse im Periodensystem ist häufig ein Mittelwert über natürlich vorkommende Isotope. Du darfst sie deshalb nicht einfach runden und als Massenzahl eines beliebigen Kerns verwenden.
Wie entstehen Isotope?
Isotop
Isotope sind Atome desselben Elements mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl. Dadurch besitzen sie verschiedene Massenzahlen.
Wasserstoff zeigt den Unterschied besonders deutlich:
- Gewöhnlicher Wasserstoff besitzt 1 Proton und meist kein Neutron.
- Deuterium besitzt 1 Proton und 1 Neutron.
- Tritium besitzt 1 Proton und 2 Neutronen.
Alle drei gehören zu Wasserstoff, weil ihre Protonenzahl $Z = 1$ ist. Ihre Neutronenzahlen und damit ihre Massenzahlen unterscheiden sich.
Protonenzahl bestimmt das Element. Neutronenzahl bestimmt bei festem Element das Isotop.
Vertiefung: Woraus besteht ein Neutron?
Ein Neutron ist kein Elementarteilchen. Es besitzt eine innere Struktur aus Quarks und Gluonen. Seine drei Valenzquarks sind ein Up-Quark und zwei Down-Quarks; kurz schreibt man udd.
Obwohl das Neutron insgesamt keine elektrische Ladung trägt, besitzt es ein magnetisches Moment. Elektrisch neutral bedeutet daher nicht, dass es keinerlei elektromagnetische Eigenschaften hat.
Außerhalb eines Atomkerns ist ein freies Neutron instabil. Es zerfällt nach durchschnittlich ungefähr 15 Minuten. Im Atomkern hängt seine Stabilität dagegen von der gesamten Zusammensetzung des Kerns ab.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Neutron
- Eigenschaft: elektrisch neutral, Masse ungefähr 1 u
- Ort: gewöhnlich im Atomkern
- Kernbaustein: gehört mit Protonen zu den Nukleonen
- Kernzahlen: $A = Z + N$ und $N = A - Z$
- Isotope: gleiche Protonenzahl, verschiedene Neutronenzahl
- Aufbau: ein Up- und zwei Down-Valenzquarks
- Freies Neutron: instabil, Lebensdauer ungefähr 15 Minuten
Abschluss-Check
Wenn du bei einer Kernschreibweise zuerst $A$ und $Z$ kennzeichnest und dann $N = A - Z$ rechnest, kannst du die Neutronenzahl sicher bestimmen und Isotope richtig einordnen.