Warum ist die Massenzahl keine ganze Zahl?

Warum die Massenzahl oft als Dezimalzahl erscheint, obwohl sie die Anzahl von Nukleonen angibt

Die Aussage, die Massenzahl eines Atoms sei nicht immer eine ganze Zahl, ist zunächst einmal falsch. Die Massenzahl (A) ist definiert als die Summe der Protonen und Neutronen im Atomkern, die zusammenfassend als Nukleonen bezeichnet werden. Da es sich bei Protonen und Neutronen um einzelne Teilchen handelt, muss die Massenzahl zwangsläufig eine ganze Zahl sein.

Dennoch begegnen uns im Periodensystem und bei der Berechnung von Atommassen oft Dezimalzahlen. Dies liegt an zwei entscheidenden Faktoren:

1. Isotope: Die meisten Elemente kommen in der Natur als Gemisch verschiedener Isotope vor. Isotope eines Elements besitzen die gleiche Anzahl an Protonen (und somit die gleiche Ordnungszahl), unterscheiden sich aber in der Anzahl ihrer Neutronen. So hat Kohlenstoff (C) beispielsweise die Isotope ¹²C (6 Protonen, 6 Neutronen), ¹³C (6 Protonen, 7 Neutronen) und ¹⁴C (6 Protonen, 8 Neutronen). Jedes Isotop hat also eine eigene, ganzahlige Massenzahl.

2. Relative Atommasse: Die im Periodensystem angegebene Atommasse ist nicht die Masse eines einzelnen Atoms, sondern die gewichtete Durchschnittsmasse aller natürlich vorkommenden Isotope eines Elements. Die Gewichtung erfolgt dabei anhand der relativen Häufigkeit der Isotope. Da die Isotope in unterschiedlichen Mengenverhältnissen vorkommen, ergibt sich oft eine Dezimalzahl als Atommasse.

Beispiel: Chlor hat zwei stabile Isotope: ³⁵Cl (75,77% Häufigkeit) und ³⁷Cl (24,23% Häufigkeit). Die relative Atommasse von Chlor berechnet sich wie folgt:

(35 u 0,7577) + (37 u 0,2423) = 35,45 u

Obwohl die Massenzahl jedes Chlorisotops eine ganze Zahl ist (35 oder 37), ist die relative Atommasse von Chlor eine Dezimalzahl (35,45 u).

Zusammenfassend lässt sich sagen:

• Die Massenzahl eines einzelnen Atoms ist immer eine ganze Zahl.
• Die im Periodensystem angegebene Atommasse ist eine gewichtete Durchschnittsmasse, die aufgrund der Existenz von Isotopen in der Regel eine Dezimalzahl ist.