Der Aufbau und die Bedeutung einer Nuklidkarte

Aus dem Chemieunterricht wissen wir, dass Atomkerne aus Protonen und Neutronen bestehen. Diese Kernteilchen (sogenannte Nukleonen) werden durch die Kernkräfte zusammengehalten. Ein (Atom)kern (auch als Nuklid bezeichnet) wird durch die Zahl seiner Nukleonen A charakterisiert, wobei sich diese Zahl aus der Summe der Protonen Z und der Neutronen N ergibt (A = Z + N).

Darüber hinaus ist die Anzahl der Nuklide größer als die Zahl der Elemente des Periodensystems. So gibt es Atomkerne, die die gleiche Protonenzahl besitzen, aber unterschiedliche Neutronenzahlen aufweisen. Diese Atome werden als Isotope eines Elementes bezeichnet (das Element mit der entsprechenden Protonenzahl Z im Periodensystem).

Wie wir in den vorherigen Kapiteln bereits gesehen haben, sind die physikalischen Eigenschaften eines Atomkerns (die Aussendung radioaktiver Strahlung) von der Protonenzahl Z und der Neutronenzahl N abhängig. Um diesen Zusammenhang einfach (v.a. für den Schulunterricht) zu zeigen, hat man die sogenannte Nuklidkarte “entwickelt”.

Bei einer Nuklidkarte handelt es sich um ein einfaches Diagramm in einem x,y-Koordinatensystem. Dabei werden auf der x-Achse die Neutronenzahl und auf der y-Achse die Protonenzahl eines Nuklids eingezeichnet.

(schemenhafte Darstellung einer Nuklidkarte)

In der Regel werden in einer Nuklidkarte die einzelnen Isotope noch farbig markiert, so werden stabile Nuklide mit einer anderen Farbe eingezeichnet, als instabile Nuklide.

Aus einer Nuklidkarte kann man folgende wichtige Informationen entnehmen:

• Stabile Atomkerne (Nuklide) existieren (in der Natur) nur bis zu einer Protonenzahl von 92 (= Uran). Bei allen nachfolgenden Nukliden handelt es sich um instabile Atomkerne. Dies liegt daran, dass bei einer hohen Zahl an (positiv geladenen) Protonen im Atomkern die Abstoßungskräfte zwischen den Protonen zu groß wäre (Abstoßung gleich geladener Teilchen). Der Atomkern zerfällt in diesem Fall

• Für kleinere Atomkerne gilt, dass stabile Kerne eine Anordnung von Protonenzahl = Neutronenzahl bevorzugen. Für “schwere” Atomkerne gilt, dass die Neutronenzahl größer ist, als die Protonenzahl. Dies entspricht auch der Vorstellung über die Kernkräfte in Atomkernen

• Bei knapp 120 bekannten Elementen (des Periodensystems) kennt man bereits knapp 3.000 Isotope, die als Nuklide in der Nuklidkarte eingezeichnet sind.

• Bewegt man sich in dem Diagramm bzw. dem Graphen auf einer vertikalen Linie (= gleiche Protonenzahl), so liegen hier die unterschiedlichen Isotope eines Elements vor. Somit kann aus der Nuklidkarte abgelesen werden, ob es sich um ein stabiles oder instabiles Isotop eines Elements handelt.

Des Weiteren gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen Arten von Nuklidkarten:

• Markiert man beispielsweise die einzelnen Nuklide in der Nuklidkarte (mit Hilfe von Farben) nach ihrem Zerfall, so fällt auf, dass v.a. Alpha-Zerfälle bei Nukliden mit hoher Protonenzahl auftreten