Die Elemente

[Braincatcher]

Seitdem ich in dem Mars-Poll etwas gepostet habe, möchte ich wegen dem kurz dort Angesprochenen mal einen neuen Thread anfangen.Eins vorweg: Ich drücke mich hier ziemlich vereinfacht und vielleicht auch nicht ganz richtig aus. Es geht mir darum, dass man durch die Erhöhung der Protonen-Zahl im Atom doch theoretisch unendlich viele Elemente erzeugen könnte, oder? Wenn man die richtigen Elemente findet, die fusionieren.Nur warum sind die künstlich erzeugten Elemente allesamt radioaktiv? Und warum ist ihre Halbwertszeit so extrem kurz? Könnte man kein Element erzeugen, das eine deutlich längere Halbwertszeit aufweisen könnte oder nicht radioaktiv wäre? Und warum schien die jetzt zurückgezogene Entdeckung von Element 118 und 116 zuerst so wichtig zu sein? Ich las einmal, dass die Entdeckung große Vorteile für die Raumfahrttechnologie bringen könnte. Dort wäre doch ein Element mit kurzer Halbwertszeit vollkommen nutzlos. Wären 118 und 116 also nicht radioaktiv gewesen?
[edit:Scheint keine Sau zu interessieren]

[Korak]

Original geschrieben von Braincatcher
Seitdem ich in dem Mars-Poll etwas gepostet habe, möchte ich wegen dem kurz dort Angesprochenen mal einen neuen Thread anfangen.Eins vorweg: Ich drücke mich hier ziemlich vereinfacht und vielleicht auch nicht ganz richtig aus.


Ich jetzt bestimmt auch nicht ;D

Original geschrieben von Braincatcher
Es geht mir darum, dass man durch die Erhöhung der Protonen-Zahl im Atom doch theoretisch unendlich viele Elemente erzeugen könnte, oder?


Theoretisch vielleicht, ja. Dummer Weise sind Protonen geladen und stoßen sich folglich ab. Damit ein Atomkern dann soch zusammen bleibt mischen sich die Neutronen auch noch darunter. Die Neutronen wechselwirken mit den Protonen. Und zwar in der Hinsicht, dass es zwischen Neutron und Proton zu einer starken Wechselwirkung kommt. Bei dieser Wechselwirkung werden Pionen ausgetaucht (Pi, Pi wo ist das Pi-Zeichen? na es gibt auf jeden Fall Pi+,Pi- und Pi0 ).
Die Kraft der Wechselwirkung übersteigt die elektromagnetische Kraft und folglich fliegt das Teil nich auseinander.

So und jetzt bauen wir uns einen Atomkern mit ganz vielen Protonen. Die stoße sich ab. Also müssten wir da noch ganz viele Neutronen reinstecken. Aber irgendwann ist wohl die Masse zu groß. Und da gehts nimmer weiter. Is einfach zu schwer geworden das Ding. [und da bin ich mir jetzt auch nimmer sicher ob das der Hauptgrund is].

[B]Original geschrieben von Braincatcher
Wenn man die richtigen Elemente findet, die fusionieren.Nur warum sind die künstlich erzeugten Elemente allesamt radioaktiv? Und warum ist ihre Halbwertszeit so extrem kurz? Könnte man kein Element erzeugen, das eine deutlich längere Halbwertszeit aufweisen könnte oder nicht radioaktiv wäre? Und warum schien die jetzt zurückgezogene Entdeckung von Element 118 und 116 zuerst so wichtig zu sein? Ich las einmal, dass die Entdeckung große Vorteile für die Raumfahrttechnologie bringen könnte. Dort wäre doch ein Element mit kurzer Halbwertszeit vollkommen nutzlos. Wären 118 und 116 also nicht radioaktiv gewesen?


Mit genug Energie kann man so gut wie alles Fusioniern. Ist nur meistens ein Verlustgeschäft.
Ich nehm an, dass sie deswegen radioaktiv sind weil sie nicht zusammen halten. Die Nukleonenkombination im Kern ist wohl einfach nicht so, dass das Teil zusammenhält.

Über Element 118 und 116 weiss ich jetzt nix.

Sorry

Hoffe wenigstens etwas Klarheit verschafft zu haben. ;D

[edit:Scheint keine Sau zu interessieren] [/SIZE][/QUOTE]

:nono: sowas wollen wir hier nicht hören ;)

[Vedek Bareil]

Original geschrieben von Braincatcher
Es geht mir darum, dass man durch die Erhöhung der Protonen-Zahl im Atom doch theoretisch unendlich viele Elemente erzeugen könnte, oder? Wenn man die richtigen Elemente findet, die fusionieren.Nur warum sind die künstlich erzeugten Elemente allesamt radioaktiv? Und warum ist ihre Halbwertszeit so extrem kurz? Könnte man kein Element erzeugen, das eine deutlich längere Halbwertszeit aufweisen könnte oder nicht radioaktiv wäre?
Korak hat es im Grunde schon gesagt: Atomkerne werden durch die starke nukleare Wechselwirkung zusammengehalten. Wobei anzumerken ist, daß die Sache mit dem Austausch der Pionen lediglich eine Sprechweise ist, die man nicht allzu wortwörtlich nehmen sollte.
Diese Wechselwirkung wirkt übrigens nicht nur zwischen jeweils einem Proton und einem Neutron, sondern auch direkt zwischen zwei Protonen.
Um allerdings einen Atomkern nur aus Protonen zusammenzuhalten, wäre sie dann aber doch nicht stark genug (deswegen gibt's z.B. keinen Helium-2-Kern).

Damit nun ein Atomkern stabil sein kann, muß die starke Wechselwirkung die elektrische Abstoßung zwischen den Protonen überkompensieren. Dabei taucht aber das Problem auf, daß sie kurzreichweitig ist: während die elektrische Abstoßung nur mit dem Quadrat des Abstandes schwächer wird, fällt die starke nukleare Anziehung ab etwa einem Protonendurchmesser Entfernung sehr viel schneller ab.
In einem großen Kern hat das zur Folge, daß jedes Proton eine starke nukleare Anziehung nur von seinem unmittelbaren Nachbarteilchen erfährt, jedoch die elektrische Abstoßung aller Protonen im Kern spürt.
Deswegen wird die Abstoßung ab einer gewissen Kerngröße immer dominanter -> keine Stabilität mehr möglich.

Man könnte ja jetzt meinen, daß sich das durch eine hinreichend große Zahl an Neutronen kompensieren ließe, da diese ja zur starken nuklearen Anziehung beitragen, nicht aber zur elektrischen Abstoßung.
Dabei kommt einem aber das Paulische Ausschließungsprinzip in die Quere: dieses besagt, daß zwei Fermionen (und Protonen und Neutronen zählen zu den Fermionen) nicht den gleichen Quantenzustand einnehmen können. In einem Kern mit gleich großer Protonen- und Neutronenzahl kann jedes Energieniveau von vier Teilchen besetzt werden: zwei Protonen (jeweils einem mit aufwärts und abwärts zeigendem Spin) und zwei Neutronen (ebenfalls mit gegensätzlichem Spin). Mehr Teilchen bekommt man wegen dem Pauli-Prinzip nicht auf ein Niveau drauf.

Hat man nun aber einen großen Neutronenüberschuß, so passen auf viele Niveaus nur nur jeweils zwei Teilchen, nämlich zwei Neutronen. Folglich müssen in einem solchen Kern mehr und somit höhere Energieniveaus besetzt werden als in einem Kern gleicher Masse, aber höherem Protonenanteil.
Deswegen sind Kerne mit hohem Neutronenüberschuß energetisch ungünstig und somit ebenfalls instabil.

Es gibt also zwei verschiedene Trends: eine zu hohe Protonenzahl wirkt wegen der elektrischen Abstoßung destabilisierend, ein zu hoher Neutronenanteil wegen dem Pauli-Prinzip. Ab einer bestimmten Kernmasse macht das Zusammenwirken beider Effekte stabile Kerne unmöglich.

Anders sieht es aus, wenn noch die Gravitation mitwirkt, wie in einem Neutronenstern. Die Gravitationsanziehung ist dort so stark, daß sie die energetische Ungünstigkeit, die ein Neutronenüberschuß durch das Pauli-Prinzip bewirkt, überkompensiert. Dazu braucht es dann aber schon die Masse eines Sterns, bei typischen Atomkernmassen kommt die Gravitation überhaupt nicht zum Tragen.


Und warum schien die jetzt zurückgezogene Entdeckung von Element 118 und 116 zuerst so wichtig zu sein? Ich las einmal, dass die Entdeckung große Vorteile für die Raumfahrttechnologie bringen könnte. war das zufällig bei Johannes von Buttlar, der Ufos mit diesen Elementen angetrieben wissen wollte? ;)

AFAIK gibt es aber tatsächlich Überlegungen, denen zufolge sich Kerne mit Ordnungszahlen in diesem Bereich wieder stabilisieren sollen. Das hängt damit zusammen, daß es im Atomkern ähnlich wie in der Elektronenhülle eine Art Schalenstruktur gibt. Bei bestimmten Ordnungszahlen hat man abgeschlossene Schalen, was eine Stabilisierung mit sich bringt.
Zu der oben besprochenen Problematik mit den Energieniveaus und dem Pauli-Prinzip steht das nicht im Widerspruch, da die Lage der Niveaus mit der Schalenstruktur zusammenhängt.

[Korak]

Danke Vedek, das mit dem Pauliverbot hab ich total vergessne. :)


Die Propheten seien mit dir :D

[Braincatcher]

Äähmm...Ich denke mal, mind. 1/4 habe ich nicht verstanden, aber ich danke dir trotzdem Vedek :D

[Korak]

Original geschrieben von Braincatcher
Äähmm...Ich denke mal, mind. 1/4 habe ich nicht verstanden, aber ich danke dir trotzdem Vedek :D

Was denn genau? Das lässt sich bestimmt so erklären, dass es jeder versteht.

[Braincatcher]

Sobald ich ein sehr unverständliches Wort lese, komme ich nicht mehr mit. Was bedeutet denn "Quantenzustand"?

[Korak]

Quantenzustand ist so etwas wie ein Oberbegriff, der mehere Eigenschaften eines Teilchens beschreibt. Zum Beispiel Energielevel, Spin (Drehimpuls)

BTW: Hab da was gefunden was dir vielleicht hilft ein paar Fragen zu klären:

http://www.iap.uni-bonn.de/P2K/quantumzone/balmer2.html

Unten auf Inhaltsverzeichnis klicken.

[Braincatcher]

Hey, super! jetzt hab ich's verstanden.

[Vedek Bareil]

Original geschrieben von Braincatcher
Sobald ich ein sehr unverständliches Wort lese, komme ich nicht mehr mit. Was bedeutet denn "Quantenzustand"? jedes quantenmechanische System, sei es ein Feld, ein Teilchen oder ein Vielteilchen-System, wird durch einen quantenmechanischen Zustand charakterisiert, eben seinen Quantenzustand. Ohne eine umfangreichere Darstellung der Quantentheorie läßt sich das nicht näher erläutern.
Auf die Protonen und Neutronen im Atomkern bezogen, sollte es aber für's erste reichen zu sagen, daß der Quantenzustand eines Kernteilchens durch eine Reihe von Größen, den sog. Quantenzahlen festgelegt ist: da wäre z.B. der Isospin (der legt fest, ob's ein Proton oder Neutron ist, und kann entsprechend zwei Werte annehmen), der Spin (der kann ebenfalls zwei Werte annehmen), sowie noch einige weitere Quantenzahlen, die beliebig viele, allerdings diskrete Werte annehmen können.

[Braincatcher]

Original geschrieben von Vedek Bareil
jedes quantenmechanische System, sei es ein Feld, ein Teilchen oder ein Vielteilchen-System, wird durch einen quantenmechanischen Zustand charakterisiert, eben seinen Quantenzustand. Ohne eine umfangreichere Darstellung der Quantentheorie läßt sich das nicht näher erläutern.
Auf die Protonen und Neutronen im Atomkern bezogen, sollte es aber für's erste reichen zu sagen, daß der Quantenzustand eines Kernteilchens durch eine Reihe von Größen, den sog. Quantenzahlen festgelegt ist: da wäre z.B. der Isospin (der legt fest, ob's ein Proton oder Neutron ist, und kann entsprechend zwei Werte annehmen), der Spin (der kann ebenfalls zwei Werte annehmen), sowie noch einige weitere Quantenzahlen, die beliebig viele, allerdings diskrete Werte annehmen können.

Danke, genauer will ich es auch eigentlich gar nicht wissen.:)