1. Atome und Radioaktivität

- Atome bestehen aus einer positiv geladenen Masse
- Darin sind negativ geladene Elektronen eingebettet (wie Rosinen im Kuchen)
- Das Atom ist elektrisch neutral (gleich viele positive und negative Ladungen)

Problem: Dieses Modell konnte spätere Experimente nicht erklären.

Beobachtung:
- Die meisten Teilchen flogen ungestört durch die Folie
- Einige Teilchen wurden abgelenkt
- Wenige Teilchen wurden stark zurückgeworfen

Schlussfolgerung:
- Das Atom besteht hauptsächlich aus leerem Raum
- Im Zentrum befindet sich ein kleiner, positiv geladener Kern
- Die Elektronen bewegen sich in großem Abstand um den Kern

Dies ist das Kern-Hülle-Modell.

Der Atomkern besteht aus zwei Arten von Teilchen:

1. Protonen (p⁺)
- Positive elektrische Ladung (+e)
- Masse: ca. 1,67 · 10⁻²⁷ kg

2. Neutronen (n⁰)
- Elektrisch neutral (keine Ladung)
- Masse: ca. 1,67 · 10⁻²⁷ kg (fast gleich wie Proton)

Nukleon = Sammelbegriff für Protonen und Neutronen

Wichtige Kennzahlen:
- Kernladungszahl (Z) = Anzahl der Protonen
- Massenzahl (A) = Anzahl der Nukleonen (Protonen + Neutronen)
- Neutronenzahl (N) = A - Z

Atome werden in der Isotopenschreibweise dargestellt:

Notation: ᴬ_Z X

- X = Elementsymbol (z.B. C für Kohlenstoff)
- A = Massenzahl (oben)
- Z = Kernladungszahl (unten)

Beispiele:
- ¹²_₆C: Kohlenstoff mit 6 Protonen und 6 Neutronen
- ²³⁸_₉₂U: Uran mit 92 Protonen und 146 Neutronen

Isotope sind Atome desselben Elements mit unterschiedlicher Neutronenzahl.

Beim radioaktiven Zerfall senden instabile Atomkerne Strahlung aus:

1. Alpha-Strahlung (α)
- Besteht aus Heliumkernen (²_₂He)
- Positive Ladung (+2e)
- Geringe Reichweite (wenige cm in Luft)
- Wird durch Papier abgeschirmt
- Hohe biologische Gefahr bei Aufnahme in den Körper

2. Beta-Strahlung (β)
- β⁻: Elektronen (negativ geladen)
- β⁺: Positronen (positiv geladen)
- Mittlere Reichweite (mehrere Meter in Luft)
- Wird durch Aluminiumblech abgeschirmt

3. Gamma-Strahlung (γ)
- Elektromagnetische Wellen (Photonen)
- Keine Ladung
- Sehr große Reichweite
- Nur durch dicke Blei- oder Betonschichten abschirmbar

Beim Alpha-Zerfall gibt der Kern ein Alpha-Teilchen (Heliumkern) ab:

Beispiel: Uran-238 zerfällt zu Thorium-234

²³⁸_₉₂U → ²³⁴_₉₀Th + ⁴_₂He

Regel:
- Massenzahl sinkt um 4
- Kernladungszahl sinkt um 2

Beim Beta-Minus-Zerfall wandelt sich ein Neutron in ein Proton um:

n → p + e⁻ + ν̄

Beispiel: Kohlenstoff-14 zerfällt zu Stickstoff-14

¹⁴_₆C → ¹⁴_₇N + ⁰_₋₁e

Regel:
- Massenzahl bleibt gleich
- Kernladungszahl steigt um 1

Die Halbwertszeit T₁/₂ ist die Zeit, in der die Hälfte der radioaktiven Kerne zerfallen ist.

Zerfallsgesetz:

N(t) = N₀ · (1/2)^(t/T₁/₂)

- N(t) = Anzahl der Kerne zum Zeitpunkt t
- N₀ = Anfangsanzahl der Kerne
- t = verstrichene Zeit
- T₁/₂ = Halbwertszeit

Beispiele für Halbwertszeiten:
- C-14: 5.730 Jahre (Altersbestimmung)
- I-131: 8 Tage (Medizin)
- U-238: 4,5 Milliarden Jahre