Was ist das schwerste stabile Atom?

Blei-208 hat den schwersten Atomkern, der nach heutigem Stand des Wissens absolut stabil ist. Alle schwereren Atome zerfallen früher oder später.
Wieso? Stell dir im Atomkern ein Tauziehen zwischen zwei gegensätzlichen Kräften vor. Die Starke Kernkraft – ein Produkt der Starken Wechselwirkung – hält als Kleber die Protonen und Neutronen im Kern zusammen. Sie ist die stärkste Kraft im Universum, hat aber einen entscheidenden Nachteil: eine extrem kurze Reichweite von etwa 10^-15 Metern.
Da allerdings die Protonen alle positiv geladen sind, stoßen sie sich gegenseitig ab. Diese Abstoßung – von der hundert mal schwächeren elektromagnetischen Wechselwirkung verursacht – hat eine _unendliche_ Reichweite; jedes Proton drückt also gegen jedes andere Proton im Kern.
Solange der Atomkern klein ist, überwiegt die Starke Kernkraft. Aber je mehr Protonen oder Neutronen man hinzufügt, desto mehr Platz brauchen sie. Irgendwann sind die Protonen am einen Rand so weit von den Protonen am anderen Rand entfernt, dass die Starke Kernkraft ihre Abstoßung nicht mehr dauerhaft verhindern kann. Das Element zerfällt, es wird radioaktiv.
Das geschieht ab der Ordnungszahl (oder Protonenzahl) 83, also beim Bismut.
Weshalb ist gerade Blei so stabil? Schuld ist der Aufbau des Kerns. Protonen und Neutronen ordnen sich auf separaten Schalen an*. Wenn diese komplett gefüllt sind (die entsprechende Zahl nennen Physiker »magisch«), ist der Kern besonders fest gebunden. Blei-208 ist sogar doppelt magisch, denn sowohl seine Protonen als auch seine Neutronen formen abgeschlossene Schalen.
Magische Zahlen treten erst wieder weit oben im Periodensystem auf, etwa um die Ordnungszahlen 120 oder 126 und die Neutronenzahl 184. Dort könnte es deshalb eine sogenannte Insel der Stabilität geben, sodass diese superschweren Elemente zumindest Minuten oder Jahre überleben könnten.
* Das Schalenmodell ist als Modell zu verstehen – es beschreibt die Eigenschaften des Atomkerns sehr gut, aber nicht unbedingt das reale Aussehen. Die Dichte im Kern beträgt etwa 200 Millionen Tonnen (!) pro Kubikzentimeter und liegt damit nah an der Dichte eines Neutronensterns. Es ist jedenfalls das dichteste Gedränge, das die Natur zulässt, bevor die Materie zu einem Schwarzen Loch kollabiert. Dabei darf man sich Protonen und Neutronen aber nicht als harte Murmeln vorstellen – es sind Wellenpakete, die sich sogar ein wenig überlappen können.
Bild: Ultrareines Blei (Credit: Chemical Elements, CC-BY)

Leave a Comment

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert

BrandonQMorris
  • BrandonQMorris

  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.

Astrophysik