Nuklid

Ein Nuklid ist eine Art (Sorte) von Atomen, charakterisiert durch die beiden Zahlen, die angeben, aus wie vielen Protonen und wie vielen Neutronen ihre Atomkerne bestehen. Bisweilen werden sehr langlebige angeregte Zustände von Atomkernen (Kernisomere) als eigene Nuklide gezählt.^[1] Nuklide mit gleicher Protonenzahl, aber verschiedener Neutronenzahl, gehören zum selben chemischen Element und werden als die Isotope dieses Elements bezeichnet. Nuklid ist insofern eine Verallgemeinerung des älteren Begriffs Isotop.

Geschichte

Der Begriff Nuklid wurde 1947 von Truman Kohman vorgeschlagen.^[2] 1952 formulierten Glasstone und Edlund in ihrem Buch The elements of nuclear reactor theory^[3] den Unterschied zwischen den Begriffen Nuklid und Isotop: „Obwohl die Mehrheit der Elemente als eine Mischung aus Isotopen natürlich existieren, treten etwa 20 nur als einzelne Spezies auf. Aus diesem und anderen Gründen hat man es als wünschenswert empfunden, den Terminus Nuklid einzuführen. Er wird verwendet, um eine zu beschreibende Atomspezies durch die Zusammensetzung ihres Atomkerns zu beschreiben, das heißt, durch die Anzahl von Protonen und Neutronen, die sie enthält. Ein Isotop ist folglich eines aus einer Gruppe von zwei oder mehreren Nukliden, die die gleiche Anzahl von Protonen besitzen, das heißt, die gleiche Ordnungszahl, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen. Von einem Element wie Fluor, von dem nur eine Spezies in der Natur existiert, sagt man, es bilde ein einziges stabiles Nuklid.“

Schreibweisen

Im Fließtext kann ein Nuklid durch das Elementsymbol mit angehängter Massenzahl bezeichnet werden, z. B. Fe-56.

Formelmäßig wird ein Nuklid X wie folgt bezeichnet:^[4]

${\displaystyle {}_{Z}^{A}\mathrm {X} ^{z}}$

Dabei ist ${\displaystyle \mathrm {X} }$ das Elementsymbol, ${\displaystyle A}$ die Massenzahl (Nukleonenzahl, d. h. die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen) und ${\displaystyle Z}$ die Ordnungszahl (Kernladungszahl, d. h. die Zahl der Protonen). Das etwaige Hochzeichen ${\displaystyle z}$ rechts oben am Elementsymbol bezeichnet entweder einen Ionisationszustand (Ionenladung, z. B. „+“, „2+“) oder einen energetischen Anregungszustand (z. B. in Form eines Sternchenzeichens ${\displaystyle \ast }$ oder einer Energie, wie 4,4 MeV) des Atoms oder – je nach dem Zusammenhang – des Atomkerns. Rechts unten kann ein stöchiometrischer Index, also die Zahl solcher Atome im Molekül einer Verbindung, angeschrieben werden. In der Kernphysik wird rechts unten gelegentlich die Neutronenzahl des Kerns angegeben, beispielsweise im Kerndatenbetrachter JANIS 4 der NEA.^[5]

Kernisomere werden durch den Kleinbuchstaben „m“ (für „metastabil“) ohne Zwischenraum hinter der Massenzahl gekennzeichnet^[4][6] (zur Unterscheidung mehrerer Isomere eines Kerns kann dem „m“ eine Zahl nachgestellt sein, z. B. ^152m1Eu).

Beispiele:

${\displaystyle {}_{27}^{60}\mathrm {Co} }$,

${\displaystyle \mathrm {^{110m}_{\ \ \ 47}Ag} }$ (teilweise auch ${\displaystyle \mathrm {{}_{\ 47}^{110}Ag^{m}} }$),^[7]

in vereinfachten Schreibweisen

⁶⁰Co oder Co-60,

^110mAg, ¹¹⁰Ag^m oder Ag-110m.

In den vereinfachten Schreibweisen wird die Kernladungszahl fortgelassen; sie ist ja bereits durch das Elementsymbol festgelegt.

In älterer Literatur (vor etwa 1960) findet man auch rechts oben angeschriebene Massenzahlen, also z. B. ₂₇Co⁶⁰ oder Co⁶⁰.

Klassen von Nukliden

Die verschiedenen Nuklide ein und desselben chemischen Elements, also mit gleicher Anzahl an Protonen, werden als Isotope dieses Elements bezeichnet. Bis zur internationalen Einführung des Begriffs „Nuklid“ (ca. 1950) wurde „Isotop“ verwirrend auch in der allgemeinen Bedeutung Atomsorte gebraucht; zuweilen geschieht dies noch heute (2018).

Nuklide mit gleicher Massenzahl heißen Isobare (von griechisch für „gleich schwer“), Nuklide mit gleicher Neutronenzahl Isotone. Isomere sind Nuklide, deren Atomkerne sich bei gleicher Ladung und gleicher Massenzahl in verschiedenen inneren Zuständen befinden. Instabile Nuklide sind radioaktiv und werden Radionuklide genannt.

Bezeichnung	Charakteristikum	Beispiele	Bemerkungen
Isotope	gleiche Protonenzahl	${\displaystyle {}_{\ 6}^{12}\mathrm {C} ,\,{}_{\ 6}^{13}\mathrm {C} }$
Isotone	gleiche Neutronenzahl	${\displaystyle {}_{\ 6}^{13}\mathrm {C} ,\,{}_{\ 7}^{14}\mathrm {N} }$
Isobare	gleiche Massenzahl	${\displaystyle {}_{\ 7}^{17}\mathrm {N} ,\,{}_{\ 8}^{17}\mathrm {O} ,\,{}_{\ 9}^{17}\mathrm {F} }$	siehe Betazerfall
Spiegelkerne	Neutronenzahl und Protonenzahl vertauscht	${\displaystyle {}_{1}^{3}\mathrm {H} \longleftrightarrow {}_{2}^{3}\mathrm {He} }$	Spezialfall der Isobare
Isomere	unterschiedliche innere Zustände	${\displaystyle {}_{43}^{99}\mathrm {Tc} ,\,{}_{\ \ 43}^{99\mathrm {m} }\mathrm {Tc} }$	nur langlebige Zustände

In der Natur existieren 245 Nuklide, die nach derzeitigem Kenntnisstand für stabil gehalten werden^[8], und etwa 80 Radionuklide. Über 4000 weitere Radionuklide wurden künstlich erzeugt.^[9] Bei manchen traditionell als stabil angesehenen Nukliden ist die Halbwertszeit so lang, dass ihr Zerfall erst in heutiger Zeit entdeckt wurde oder noch in Experimenten gesucht wird. Dadurch kann die Anzahl der als stabil geltenden Nuklide mit der Zeit abnehmen.

Nuklidkarten geben eine Übersicht über Massenzahlen, Protonen- und Neutronenzahlen und meist auch Zerfallsarten und Halbwertszeiten der bekannten Nuklide.

Siehe auch

• Nuklidkarte
• Liste der Isotope

Weblinks

• Nuklidkarte mit allen bekannten Nukliden

Einzelnachweise

1. nuclide. In: Alan D. McNaught, Andrew Wilkinson, IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. 2. Auflage. Blackwell Scientific Publications, Oxford 1997, ISBN 0-9678550-9-8, doi:10.1351/goldbook.N04257 (englisch, korrigierte Fassung – erstellt von M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; mit Aktualisierungen von A. Jenkins [2006–]).
2. Truman Paul Kohman: Proposed New Word: Nuclide. In: American Journal of Physics Bd. 15, Nr. 4, 1947, S. 356–357, doi:10.1119/1.1990965.
3. Samuel Glasstone, Milton C. Edlund: The elements of nuclear reactor theory. MacMillan, London 1952, S. VII, 416.
4. Norm DIN 1338: Formelschreibweise und Formelsatz. März 2011. S. 8, Abschnitt 3.5 Atomphysikalische und chemische Angaben an den Symbolen der Elemente.
5. Janis 4 – Java-based Nuclear Data Information System.
6. Norm DIN 6814-4: Begriffe in der radiologischen Technik – Teil 4: Radioaktivität. Oktober 2006. S. 13, Anhang A Erläuterungen zur Schreibweise von Nukliden.
7. Symbols, Units, Nomenclature and Fundamental Constants in Physics. (PDF) IUPAP, 1987, S. 9, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 18. März 2015; abgerufen am 10. März 2015 (englisch).
8. Nudat Datenbank
9. J. Magill, R. Dreher, Zs. Sóti: Karlsruher Nuklidkarte. 11. Auflage. Nucleonica GmbH, Karlsruhe 2022, ISBN 978-3-9823635-8-5 (Wandkarte) bzw. ISBN 978-3-9823635-9-2 (Faltkarte), ISBN 978-3-9823635-7-8 (Auditoriumskarte).

Normdaten (Sachbegriff): GND: 4133540-5 (lobid, OGND) | LCCN: sh85093163