Hallo
Da sollen Klimaforscher von Stalakiten und Stalagmiten Proben nehmen, darin schwere und leichte Sauerstoff-Atome vorfinden und dadurch die Niederschlagsmengen in grauer Vorzeit bestimmen können.
Das mit der Niederschlagsmenge leuchtet mir ein. Dass Atome zwei Gewichte haben, ist mir völligst neu. Wie kann diese Gewichtsdifferenz überhaupt festgestellt werden?
Werden schwere und leichte Atome verschieden eingesetzt?
Gruss
Mäni
Hej Scriptor!
Es ist tatsächlich so: Es gibt verschiedene Sorten von Sauerstoffatomen. In meinem Periodensystem werden solche mit Molmasse 16, 17 und 18 gramm angeführt.
Man nennt solche Atome, die gleich viele Protonen im Kern, aber unterschiedlich viele Neutronen (daher das unterschiedliche Gewicht) besitzen, Isotope.
Dieses Phänomen tritt aber nicht nur bei Sauerstoff auf, sondern auch bei (fast) allen anderen Elementen.
Bsp.: Wasserstoff gibt’s mit Masse 1, 2 und 3 -> „normaler“ Wasserstoff, Deuterium und Tritium (hast du vielleicht in der Schule schon mal gehört)
Wie kann diese
Gewichtsdifferenz überhaupt festgestellt werden?
gebe die frage weiter an andere experten - Massenspektrometrie?
Werden schwere und leichte Atome verschieden eingesetzt?
In der Natur kommen „schwere und leichte“ Atome nebeneinander in einem natürlichen Mischungsverhältnis vor. Das heisst, dass du in jedem liter Sauerstoff normalerweise schwere und leichte Sauerstoffatome finden wirst. Das Verhältnis der schwereren zu den leichteren Kernen ist auf der Erde überall gleich, mit Ausnahme von Gegenden, wo’s natürliche Radioaktivität gibt.
Hoffe helfen gekonnt zu haben
LiGrü
Igel
Gruss
Mäni
Isotope
Hi Scriptor
Das mit der Niederschlagsmenge leuchtet mir ein. Dass Atome
zwei Gewichte haben, ist mir völligst neu. Wie kann diese
Gewichtsdifferenz überhaupt festgestellt werden?
Werden schwere und leichte Atome verschieden eingesetzt?
Fast alle Elemente betehen aus verschiedenen isotopen, und wie bereits bemerkt unterscheiden sich diese nur in der Zahl der neutronen im kern. Chemisch sind die Unterschiede meist marginal, denn die chemischen Eigenschaften sind von der Zahl der Elektronen abhängig, und die ist bei den verschiedenen Isotopen eines Elementes gleich.
In der Forschung wird die Gewichtsdifferenz mit einem Massenspektrometer gemessen. das Ding funktioniert stark vereinfacht folgendermaßen: Die Atome/Moleküle werden mit einer Ladung versehen (Ionisiert). Anhand dieser Ladung kann man sie zunächst in einem Magnetfeld beschleunigen und dann mit einem Magnetfeld seitlich ablenken. Nun wird das leichtere isotop logischerweise stärker abgelenkt als das schwerere… Am anderen Ende des Spektrometers sitzen die Detektoren, wo die ionisierten Teilchen hineinknallen und dadurch einen Impuls auslösen.
Eine isotopische Trennung tritt aber auch durch physikalische Effekte auf:
So verdampft z.B. beim Kochen erst vorzugsweise Wssermoleküle mit „leichter“ isotopischer zusammensetzung. Beim Abregnen ist es dafür andersrum… erst regnet das „schwere Wasser“ mit Deuterium und O18 ab. (Ein intressanter Effekt: im Windlee von Gebirgen ist das Regenwasser ziemlich leicht, also mit viel „normalen“ Wasserstoff und O16) Andere Prozesse zur sog Fraktionierung sind z.B. Kristallisation, uvm…
Eine andere Möglichkeit sind chemische Reaktionen, die Unvollständig ablaufen. Die leichteren Isotope eines Elementes sind reaktionsfreudiger als die schwereren. So reagiert zunächst vorzugsweise die leichten Isotope, was zu einer Anreicherung der leichten Isotope in den Reaktionsprodukten führt (zunächst). Wenn die Reaktion nun unvollständig abläuft, also Ausgangsprodukte zurückbleiben und nicht vollständig verbraucht werden, dann unterscheiden sich Ausgangsprodukte und Endprodukte in ihrer isotopischen Zusammensetzung. (Z.B. machen sowas Lebewesen)
Diese Isotopischen Fraktionierungsprozesse sind vom relativen Masseunterschied zwischen den einzelnen Isotopen eines Elementes abhängig. je schwerer ein Element, desto geringer die Fraktionierungseffekte… Und so ab dem Element Selen sind die natürlichen Frakt. Effekte jenseits der Nachweisgrenze…
Allerdings kann man durch großtechnische Maßnahmen mit physikalischen effekten auch Uran anreichern… z.B. über Kolonnendestillation von Uran-Chlor-Komplexen.
Gruß
Mike
apropos sauerstoff… -> zusatzfrage
warum steht eigentlich beim sauerstoff die molmasse 15,9 wenn doch die isotope alle eine molmasse grösser oder gleich 16 haben?
*grübelnd*
Igel
Zusatzantwort
hi Igel,
bei sauerstoff steht bei mir (Mortimer, Chemie)
Molmasse 15,9994
Es errechnet sich wie folgt:
O16: Molmasse 15,99491, Anteil: 99,759%
O17: Molmasse 16,99913, Anteil: 0,037%
O18: Molmasse 17,99916, Anteil: 0,204%
Quelle: mein Lieblingsklugscheissbuch, CIBA_GEIGY, Wissenschaftliche Tabellen
(Die Anteile können natürlich, wg der Fraktionierungseffekte etwas schwanken, aber eigentlich nur in der 3 stelle nach dem Komma.)
Rechnet man das Oben zusammen , kommt man auf eine Molmasse von 15,9993702314… als Molmasse
Stellt sich nun die Frage, warum so krumme Zahlen für die einzelnen Molmassen…
per Definitionem hat ein Mol C12 Atome eine mMsse von 12 Gramm.
Nun gibt es Einsteins berühmte Formel, dass Masse auch Energie sei und Energie Masse ist und so.
Der Energiegehalt des Kerns eines Atoms sinkt mit Zunehmender ordnungszahl bis zum Eisen (danach steigt er wieder etwas an)
Dieser niedrigere Energieniveau macht sich eben auch in der Masse der Atome bemerkbar.
So wiegt ein Normales Wasserstoffaton 1,00783 g/mol
Ein Heliumatom He4 aber 4, 0026 g/mol
Wenn ich also 4 mol Wasserstoff zu 1 mol helium verschmelze, verliere ich Masse, die in Form von Energie abgestrahlt wird. darum leuchtet die Sonne…
Bei den schwereren Elementen (wie gesagt, bis zum Eisen) geht das genauso…
So, liebe Kernphysiker, ich hoffe, das ist alles so richtig erklärt.
Gruß
Mike
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Hi Michael
So, liebe Kernphysiker, ich hoffe, das ist alles so richtig erklärt.
Ja, völlig richtig 
)
Wenn ich also 4 mol Wasserstoff zu 1 mol helium verschmelze,
verliere ich Masse, die in Form von Energie abgestrahlt wird.
darum leuchtet die Sonne…
Bei den schwereren Elementen (wie gesagt, bis zum Eisen) geht
das genauso…
und danach genau umgekehrt:
Der Energiegehalt des Kerns eines Atoms sinkt mit zunehmender Ordnungszahl bis zum Eisen (danach steigt er wieder etwas an)
Deshalb gewinnt man bei den Elementen mit niedrigerer Ordnungszahl als Eisen Energie durch Kern fusion , bei den höheren (Uran, Plutonium etc.) aber durch Kern fraktion.
Gruß
Metapher
Deshalb gewinnt man bei den Elementen mit niedrigerer
Ordnungszahl als Eisen Energie durch Kern fusion , bei
den höheren (Uran, Plutonium etc.) aber durch
Kern fraktion.
Heißt´s nicht Kernfission ??
Gruß
Bernd
oder so
Heißt´s nicht Kernfission ??
ja - oder so!
das ist dasselbe!
aber du hast Recht: Fission ist der gebräuchlichere Ausdruck!
(ist halt doch schon lange her ))
Gruß
Metapher
Kern fraktion.
Heißt´s nicht Kernfission ??
Es soll sogar Leute geben die von Kernspaltung sprechen.