Kernmasse

Die Masse des Atomkerns wird als Kernmasse bezeichnet. Unter der Kernmasse eines Nuklids stellt man sich die Masse eines von allen Elektronen der Hülle befreiten nackten Atomkerns vor.

Die Atommasse m_A unterscheidet sich von der Kernmasse m_K um die Summe der Ruhemassen der im Atom gebundenen Elektronen und der Bindungsenergie E_b der Elektronen in der Atomhülle.

Es gilt:

$m_\mathrm{K}=m_\mathrm{A}-Z\cdot m_{e}+\frac{E_\mathrm{b}}{c^2}$

mit

Z: Ordnungszahl

m_e: Elektronenmasse

c: Lichtgeschwindigkeit

Die Bindungsenergie der Elektronenhülle E_b kann experimentell nicht direkt bestimmt werden. Man ist auf theoretische Abschätzungen angewiesen. Die Berechnung nach dem sogenannten Thomas-Fermi-Modell liefert für ein Atom mit Z Elektronen den Näherungswert $E_\mathrm{b} = 15{,}7~\mathrm{eV} \cdot Z^{\frac{7}{3}}$.

Bei praktischen Berechnungen (Kernmassen mit 6 bis 7 geltenden Ziffern) genügt oft die Näherung:

$m_\mathrm{K}\approx m_\mathrm{A} - Z\cdot m_{e}$

da die Werte für $\frac{E_\mathrm{b}}{c^2}$ dann nicht ins Gewicht fallen.

Kernmassen können in Massenspektrometern sehr genau bestimmt werden, wenn das entsprechende Atom vollständig ionisiert wird, was jedoch nur bei niedrigen Ordnungszahlen mit vertretbarem Aufwand möglich ist.

Atomkerne sind immer leichter als die Summe ihrer Bestandteile (Summe von Neutronen- und Protonenmassen). Die fehlende Masse im Atomkern wird als Massendefekt bezeichnet und ist genau die Masse, die der Bindungsenergie des Atomkerns entspricht.

Weblinks

• Kern- und Atommassen (LEIFI-Physik)