Lebensdauer von Atomen

Wissenschaft Naturwissenschaften allgemein
#1

Ein Bekannter meinte neulich, Atome hätten ein „Verfallsdatum“, sozusagen eine Lebenszeit. Der Kern könne die Elektronen dann nicht mehr halten.

Meine Frage(n):
Stimmt das? Falls ja:
Stimmt seine Angabe von 10^37 Jahren?
Wie wird diese Zeit berechnet?
Ist sie für alle Atome gleich?
Wie genau kommt es zum Tod des Atoms?
„Verbraucht“ das Atom zu Lebzeiten seine Energie?
Werden die Elektronen langsamer?
Wo und in welcher Form wird sich der Großteil der Atome in 10^37 Jahren befinden?
Danke&Gruß

#2

Halbwertszeit?

Ein Bekannter meinte neulich, Atome hätten ein
„Verfallsdatum“, sozusagen eine Lebenszeit. Der Kern könne die
Elektronen dann nicht mehr halten.

Hi!

Meinst du etwa die Halbwertszeit?
Die Halbwertszeit ist die Zeit, nach der die Hälfte eines Stoffes verfällt. Diese Zeit ist von Stoff zu Stoff unterschiedlich (und kann von wenigen Sekundenbruchteilen bis zu vielen vielen Jahren sein).

Dazu ein Link:
http://de.wikipedia.org/wiki/Halbwertszeit

#3

Ich meine nicht die Halbwertszeit.
Meine Frage bezieht zich auf den mechanischen Zerfall des Atoms, der Zeitpunkt wo es auseinanderfällt/fliegt. Falls ein Atom das irgendwann macht.
Gruß

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#4

Hallo!

Ein Bekannter meinte neulich, Atome hätten ein
„Verfallsdatum“, sozusagen eine Lebenszeit. Der Kern könne die
Elektronen dann nicht mehr halten.

Meine Frage(n):
Stimmt das?

Nein.

Falls ja:
Stimmt seine Angabe von 10^37 Jahren?

Wohl kaum. Das Universum hat ein Alter von grob 10^10 Jahren. Damit würde jedes Atom 10^27mal länger halten als das Universum. Das ist eine Zahl, die man sich auf der Zunge zergehen lassen muss: eine Milliarde Milliarde Milliarde mal das Alter des Universums.

Selbst wenn Dein Kumpel recht hätte, wäre das ein Effekt, der in unserem Universum keine Rolle spielt.

Wie wird diese Zeit berechnet?
Ist sie für alle Atome gleich?

Wahr ist, dass viele Atome radioaktiv sind. Um deren mittlere Lebensdauer zu bestimmen, nimmt man eine größere Menge davon und zählt die Zerfälle in einer gegebenen Zeit. Die höchsten Halbwertszeiten haben die quasi-stabilen Uran-Nuklide mit einigen 10^9 Jahren. Alles was stabiler ist, gilt nicht mehr als radioaktiv.

Die Halbwertszeit von Atomkernen hängt extrem stark von der Zusammensetzung ab und kann von wenigen Mikrosekunden bis zu Milliarden Jahren reichen.

Wie genau kommt es zum Tod des Atoms?

Radioaktiver Zerfall, d. h. der Kern gibt meist ein Elektron oder ein Alpha-Teilchen ab. Beim Gamma-Zerfall ändert sich die Zusammensetzung des Kerns nicht.

„Verbraucht“ das Atom zu Lebzeiten seine Energie?
Werden die Elektronen langsamer?

Nein. Das wäre so, wenn das Atom nach den Gesetzen der klassischen Physik aufgebaut wäre. Das Elektron würde um den Kern kreisen und dabei Radiowellen aussenden, also Energie abgeben. Nach sehr kurzer Zeit würde es in den Kern fallen. Die Atomhülle des Atoms funktioniert aber nach den Gesetzen der Quantenphysik. Dabei kann das Elektron entweder seine Energie behalten, oder einen ganz bestimmten Betrag (ein „Quant“) abgeben. Dazu muss es aber vorher angeregt worden sein.

Wo und in welcher Form wird sich der Großteil der Atome in
10^37 Jahren befinden?

Dazu müsste man wissen, wie sich das Universum genau weiter entwickelt. Ich glaube, im Moment tendieren die meisten Kosmologen dazu, dass das Universum sich immer weiter ausdehnen und abkühlen wird. Der Anteil der schweren Atomkerne wird durch das Altern der Sterne und Supernovae zunhemnen, auch die schwarzen Löcher und Neutronensterne werden einen immer größeren Teil der Materie im Universum ausmachen.

Aber worauf Deine Frage hinausläuft: Die Atome, die nicht in einen Neutronenstern fallen, werden auch nicht „sterben“.

Michael

#5

Hallo,

Ein Bekannter meinte neulich, Atome hätten ein
„Verfallsdatum“, sozusagen eine Lebenszeit. Der Kern könne die
Elektronen dann nicht mehr halten.

Meine Frage(n):
Stimmt das?

Nein. Viele Elemente sind chemisch stabil, d.h. wenn der Kern nicht instabil ist und zerfällt ändert sich auch am Atom nichts.

Falls ja:
Stimmt seine Angabe von 10^37 Jahren?

Ich glaube ich weiss wo die Zahl herkommt, ich habe die auch schon mal gelesen.
Und zwar bestehen Atomkerne ja aus Neutronen und Protonen. Neutronen sind im nicht gebunden Zustand instabil und zerfallen mit einer Halbwertszeit von ca. 10 Minuten.

Bei Protonen konnte man bisher keine Instabilität festellen, was natürlich noch nicht heisst, dass sie tatsächlich stabil sind. Also sucht man nach Protonenzerfällen, und wenn man gründlich sucht und keine findet kann man die minimale Halbwertszeit von Protonen ausrechnen. Und kommt damit auf etwa 10^37 Jahre.

„Verbraucht“ das Atom zu Lebzeiten seine Energie?

Nein.

Werden die Elektronen langsamer?

Nein.

Grüße,
Moritz

#6

Hallo,

erlaube mir einen kleinen Einwand, ich las davon bei Greene und es KÖNNTE doch alles anders sein. Es gibt einen Bereich der GUT, der einen Protonen- bzw. Neutronenzerfall postuliert:
http://de.wikipedia.org/wiki/Protonenzerfall
Der experimentelle Nachweis erfordert aber schlappe 1 Billiarde GeV…

Das Universum hat ein Alter von grob 10^10 Jahren.
Damit würde jedes Atom 10^27mal länger halten als das
Universum.

Und? Nur weil es für uns unvorstellbar ist?
Die Plancklänge bzw. -zeit sind auch nicht das, was wir mit Zollstock und Eieruhr messen können, das heißt ja nicht, daß es sie nicht gibt.

Selbst wenn Dein Kumpel recht hätte, wäre das ein Effekt, der
in unserem Universum keine Rolle spielt.

In unseren bescheidenen Zeiträumen nicht. Im Verständnis des Universums schon.

Gruß
BeLa

#7

hallo

stimmt indirekt: neutronen haben eine „halbwertszeit“. sie zerfallen dann in ein proton und ein elektron (und ein anti-neutrino, wenn ich mich recht erinnere…). aufgrund der komplexen zusammenhänge innerhalb eines atomkerns „fängt“ ein proton das elektron ein und wandelt sich in ein neutron um wesshalb die gesammtzahl an teilchen innerhalb eines atomkerns normalerweise gleich bleibt.

beim proton ist man sich noch nicht ganz sicher, ob es eine halbwertszeit hat und wenn ja, wie lange die ist. lange zeit hat man vermutet, dass das proton stabil ist. inzwischen vermutet man aber eine extrem lange halbwertszeit.

soweit ich weiss, wird ein protonenzerfall in einem atomkern nicht „abgefangen“, d.h. das element wandelt sich in das nächstniedrige in der periodentabelle um.

insofern müsste es stimmen: nach ende des ersten zyklus der halbwertszeit dürfte nur mehr die hälfte der atome vorliegen, nach dem zweiten zyklus nur mehr ein viertel usw.

siehe dazu auch
http://www.unendliches.net/german/index.htm?pzerfall…
http://www.unendliches.net/german/index.htm?universu…

wenn ich das richtig interpretiere hat ein proton eine halbwertszeit von 10^36 jahren. das ist um einiges länger als das universum schon existiert hat. unsere sonne wird in 10^36 jahren nur mehr ein kalter klumpen kohle sein. also brauchst du dir keine sorgen machen…

lg
erwin

#8

Ich meine nicht die Halbwertszeit.

Doch du meinst die Halbwertszeit :wink:
Und zwar die Halbwertszeit für Protonen. Die ist zwar nicht genau bekannt, da man bis jetzt trotz intensiver Suche noch keinen Protonenzerfall beobachten konnte, aber man kann eine untere Grenze abschätzen, und zwar: Falls Protonen überhaupt zerfallen, dann mit einer Halbwertszeit von mehr als 10^32-10^37 Jahren.

Meine Frage bezieht zich auf den mechanischen Zerfall des
Atoms, der Zeitpunkt wo es auseinanderfällt/fliegt. Falls ein
Atom das irgendwann macht.

Ein Atom zerfällt nicht mechanisch. Auch geht dem Atom nicht die Kraft aus noch werden die Elektronen langsamer oder ähnlicher Unsinn. Der Zerfall eines Teilchens ist ein quantenmechanischer Prozess. Das Stichwort hier ist die „Schwache Kernkraft“, eine der vier Grundkräfte unseres Universums.