Suchfunktion

 
 

Navigation

Massendefekt in der Chemie

Allgemeines zum Massendefekt

Der "Massendefekt" ist prinzipiell ein Phänomen der Physik. Dennoch lassen sich am Massendefekt auch einige Gesetzmäßigkeiten für das Fach Chemie ableiten. Unter dem sogenannten Massendefekt versteht man eine "Massendifferenz" bei Atomkernen. Diese Massendifferenz "entsteht" durch den Unterschied zwischen der Summe der Massen aller Kernteilchen (=Nukleonen: Protonen und Neutronen) aus denen der Atomkern besteht und der gemessenen Masse des Atomkerns.


Der Massendefekt in der Chemie:

Im Rahmen der Allgemeinen Chemie lernen wir auch das sogenannte Massenerhaltungsgesetz. Dieses Gesetz besagt, dass in abgeschlossenen Reaktionsräumen die Masse an Ausgangsstoffe und Produkte immer gleich ist. Zum anderen beschäftigen wir uns in der Chemie auch mit der sogenannten Edelgaskonfiguration (oder auch Oktettregel), die uns begründet, warum einzelne Atome zu einer chemischen Verbindung"reagieren".


Bevor wir uns mit tiefer mit dem Massendefekt beschäftigen, berechnen wir diesen einfach am Beispiel des Heliumatoms. Wie wir aus dem Periodensystem der Elemente ablesen können, hat ein Heliumatom zwei Protonen und zwei Neutronen im (Atom)kern. Berechnen wir nun den Massendefekt, der bei der Bildung eines Heliumkernes auftritt.
  
Die theoretische "Masse des Heliumkerns" ergibt sich aus zwei Protonenmassen und zwei Neutronenmassen:.

2 · m(Proton) =  2 · 1,6726 · 10-24 g = 3,3452 · 10-24 kg
2 · m(Neutron) = 2 · 1,6749 · 10-24 g = 3,3498 · 10-24 kg 


Theoretisch müsste die Masse eines Heliumkerns also bei 6,695 · 10-24 g .Die gemessene Masse eines Heliumkernes können wir aus einer Formelsammlung ablesen (z.B. Wikipedia), diese beträgt 6,645 · 10-24 g. 

Aus der Differenzberechnung erhalten wir also, dass die Masse des Heliumkerns um etwa 0,05 · 10-24 g kleiner ist, als die Summe der Massen der einzeln Nukleonen.

Allgemein lässt sich der Massendefekt eines Atomkerns aus der Summe der Gesamt-Protonenmasse (Ordnungszahl x Protonenmasse) und Gesamt-Neutronenmasse abzüglich der gemessenen Atomkernmasse. Die Massendifferenz des Atomkerns wird dabei als Massendefekt bezeichnet und entspricht (wie wir nachfolgend sehen werden) der (Kern)Bindungsenergie des Atomkerns.


Anwendung des Massendefekts in der Chemie


Im Rahmen der Edelgaskonfiguration bzw. Bildung einer Elektronenpaarbindung in einer chemischen Verbindung haben wir gelernt, dass dadurch ein energetisch günstiger Zustand entsteht. Wenn sich zwei Elemente miteinander verbinden (beispielsweise zwei H-Atome zu dem Wasserstoffmolekül), so wird ebenfalls Bindungsenergie frei und die Verbindung (Wasserstoff) ist stabiler als die beiden Einzelatome. Genauso ist es beim Massendefekt auch, ein Heliumatom ist stabiler als zwei Protonen und zwei Neutronen (jeweils einzeln vorliegen). Wenn man Wasserstoff in Wasserstoffatome "zerlegen" will, benötigt man Energie, um die "Bindung" zu brechen. Beim Heliumatom ist es genauso der Fall, denn würde man den Heliumkern wieder in Protonen und Neutronen zerlegen, müsste eine Energie zugeführt werden, die der Bindungsenergie des Atomkerns entspricht. Daher kann man mit dem Massendefekt auch berechnen, wie stark (= (Kern)Bindungsenergie) die Kernteilchen in einem Atomkern zusammengehalten werden


Zum anderen hatten wir gelernt, dass bei jeder chemischen Reaktion auch der Massenerhaltungssatz gilt (Hinweis unten*). Auch der Massenerhaltungssatz bleibt uns trotz des Massendefekts erhalten, denn es gibt einen Zusammenhang zwischen "Masse" und "Energie". Diesen Zusammenhang zwischen Masse und Energie leitete Albert Einstein mit seiner berühmten Gleichung her: E = m · c². Daher geht auch bei der "Bindung" von Protonen und Neutronen in einem Atomkern keine Masse verloren, sondern wird in "eine andere Form umgewandelt".

*Hinweis

 Bei einer "Bindung" von Kernteilchen zu einem Atomkern handelt es sich eigentlich nicht um eine chemische Reaktion, sondern um eine Kernreaktion. Im Rahmen der Allgemeinen Chemie werden hier in diesem Kapitel Vereinfachungen getroffen.

.