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Der radioaktive Zerfall

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Die Autor*innen
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Götz Vollweiler
Der radioaktive Zerfall
lernst du in der Sekundarstufe 6. Klasse - 7. Klasse

Der radioaktive Zerfall Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Der radioaktive Zerfall kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe, was der radioaktive Zerfall ist.

    Tipps

    Elektronen sind Elementarteilchen.

    Wenn ein Kern Protonen verliert, verringert sich seine Ordnungszahl.

    Lösung

    Von einem radioaktiven Zerfall spricht man, wenn der Atomkern zerfällt. Dieser beinhaltet Protonen und Neutronen. Wenn der Kern zerfällt, ändert sich meist die Ordnungszahl des Elements. Damit verbunden ist dann eine Elementumwandlung.

    Es gibt insgesamt fünf verschiedene Zerfallsarten. Von diesen solltest du drei unbedingt lernen.

    • Der Alphazerfall: Bei diesem Zerfall gibt der Kern Alphastrahlung, Heliumkerne, ab. Durch den Zerfall reduziert sich die Massenzahl $M$ um vier und die Kernladungszahl bzw. Ordnungszahl $Z$ um zwei. $^M_Z\! X=^{M-4}_{Z-2}\! Y+^4_2\! He^{2+}$.
    • Der Beta-(Minus)-Zerfall: Bei diesem Zerfall zerfällt ein Neutron in ein Proton und ein Elektron. Der Kern gibt das Elektron als Betastrahlung ab. Dadurch erhöht sich die Ordnungszahl $Z$ um eins: $^M_Z\! X=^{M}_{Z+1}\! Y+^{~~~0}_{-1}\! e$.
    • Der Gammazerfall: Bei diesem Zerfall ändert sich am Atomkern nichts, es wird nur überschüssige Energie in Form von energiereichen Photonen abgegeben, Gammastrahlung. Dieser Zerfall tritt häufig, aber nicht nur, im Verbund mit den anderen Zerfällen auf.
    Der Beta-(Plus)-Zerfall und der Elektroneneinfang werden seltener im Unterricht thematisiert.

  • Beschreibe die verschiedenen Strahlungsarten des radioaktiven Zerfalls.

    Tipps

    Gammastrahlung besitzt eine sehr hohe Energie und ist daher sehr gefährlich.

    Bei der Betastrahlung werden Elektronen abgegeben. Dadurch nimmt die Kernladungszahl zu.

    Lösung

    Es gibt verschiedene Arten des radioaktiven Zerfalls. Beim Alphazerfall gibt der Kern Alphastrahlung, Heliumkerne, ab. Durch den Zerfall reduziert sich die Massenzahl $M$ um vier und die Kernladungszahl bzw. Ordnungszahl $Z$ um zwei:

    $^M_Z\! X=^{M-4}_{Z-2}\! Y+^4_2\! He^{2+}$.

    Beim Beta-(Minus)-Zerfall zerfällt ein Neutron in ein Proton und ein Elektron. Der Kern gibt das Elektron als Betastrahlung ab. Dadurch erhöht sich die Ordnungszahl $Z$ um eins:

    $^M_Z\! X=^{M}_{Z+1}\! Y+^{~~~0}_{-1}\! e$.

    Begleitend zu diesen Strahlungsarten tritt Gammastrahlung auf. Sie ist reine Energie, die sehr zerstörerisch auf organisches Gewebe wirkt.

  • Gib an, welche Kerne instabil sind.

    Tipps

    Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen an. Die Massenzahl ergibt sich aus der Summe der Protonen und Neutronen des Atomkerns.

    Bei einer Ordnungszahl größer als 83 ist das Element radioaktiv.

    Lösung

    Im Inneren eines Atoms liegt der Atomkern. Er besteht aus Protonen und Neutronen. Protonen tragen eine positive Ladung und Neutronen sind elektrisch neutral. Die Protonen untereinander stoßen sich ab. Wird ein Kern sehr groß, enthält also viele Protonen, wird er instabil und zerfällt. Das Gleiche kann passieren, wenn der Kern zu viele Neutronen enthält. Das ist hier bei Iod der Fall. ${}^{131}_{53}I$ besitzt 53 Protonen und 78 Neutronen. Durch diese vielen Neutronen ist der Kern instabil und zerfällt. Er ist also radioaktiv.

  • Gib die Zerfallsgleichung für den Alphazerfall von Uran 234 an.

    Tipps

    Bei einem Alphazerfall werden Heliumkerne ausgestoßen.

    Heliumkerne besitzen eine Massenzahl von vier und eine Kernladungszahl von zwei.

    Lösung

    Uran ist ein radioaktives Element. Es besitzt 92 Protonen und damit einen sehr großen Kern. Das Isotop mit der Massenzahl 234 weist 142 Neutronen auf. Durch diese Fülle an Elementarteilchen im Kern ist dieser instabil und spaltet Teile ab. Dieses Isotop zerfällt unter Abgabe von Alphastrahlung. Es werden dadurch Heliumkerne emittiert. Somit wird die Massenzahl um vier und die Ordnungszahl um zwei gesenkt. Aus Uran 234 entsteht daher Thorium 230. Bis die Hälfte aller Uran-234-Kerne zerfallen ist, braucht es übrigens $4,469 \cdot 10^9$ Jahre.

  • Gib an, welche Aussagen über den radioaktiven Zerfall richtig sind.

    Tipps

    Es gibt Alpha-, Beta- und Gammastrahlung.

    Lösung

    Der radioaktive Zerfall betrifft den Kern eines Elements. Dort finden Reaktionen, wie z.B. der Zerfall eines Neutrons, statt. Dadurch verändert sich die Anzahl der Protonen im Kern. Der neue Kern entspricht dann einem anderen Element. So wird aus Radium nach dem Zerfall das Element Radon. Bei einem radioaktiven Zerfall tritt Gammastrahlung auf. Zusätzlich zu dieser energetischen Strahlung kommt es zu Teilchenstrahlung. Dies können Heliumkerne oder Elektronen sein.

  • Ordne den Ausschnitt der Zerfallsreihe von Radon 222.

    Tipps

    In dieser Reihenfolge erfolgt der Zerfall $\alpha\to \alpha\to \beta\to \beta$.

    Bei einem Betazerfall nimmt die Ordnungszahl um eins zu. Bei einem Alphazerfall verringert sich die Ordnungszahl um zwei und die Massenzahl um vier.

    Lösung

    Radioaktive Elemente zerfallen nicht nur einmal. Nach einem Zerfall entsteht meist ein weiteres radioaktives Element. Dieses zerfällt dann ebenfalls. Das geht immer so weiter, bis sich ein stabiler Kern gebildet hat. Solch ein Kern ist z.B. bei Blei erreicht. Aber auch Blei besitzt radioaktive Isotope. Um die einzelnen Schritte nachvollziehen zu können, musst du nur die einzelnen Strahlungsarten beachten und entsprechend die Massen- und Ordnungszahl neu berechnen. Also bei einem Betazerfall nimmt die Ordnungszahl um eins zu und bei einem Alphazerfall nimmt die Ordnungszahl um zwei ab und die Massenzahl um vier.

    Die Zerfallsreihe ist allerdings bei ${}^{214}_{~~84}Po$ noch nicht beendet, denn auch dieser Kern ist noch instabil. Die Zerfallsreihe endet bei dem Bleiisotop ${}^{206}_{~~82}Pb$.

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