Monoisotopisches Element

Ein monoisotopisches Element ist ein Element, das genau ein stabiles Isotop (Nuklid) besitzt. Es gibt 26 solcher Elemente, die im Folgenden aufgeführt sind.

Stabilität wird für chemische Elemente experimentell definiert, da alle Nuklide mit Ordnungszahlen über 40 oder 66 (je nach Definition, siehe stabiles Nuklid ) theoretisch instabil sind, aber anscheinend so lange Halbwertszeiten haben, dass ihr Zerfall weder direkt noch indirekt (durch Messung der Produkte) beobachtet wurde.

Monoisotopische Elemente zeichnen sich, bis auf einen Fall, durch eine ungerade Protonenzahl (ungerade Ordnungszahl Z ) und eine gerade Neutronenzahl aus. Aufgrund des Energiegewinns durch die Kernpaarung ist ein Kern mit einer ungeraden Anzahl beider Elemente (mit Ausnahme der vier leichtesten Fälle: Wasserstoff-2 , Lithium-6 , Bor-10 und Stickstoff-14 ) weder beta-stabil noch stabil. Eine Ausnahme bildet Tantal-180m , das zwar beobachtbar stabil , aber nicht beta-stabil ist.

Eine Ausnahme bildet Beryllium mit der geraden Ordnungszahl 4. Sein einziges stabiles, ursprüngliches Isotop, Beryllium-9, besitzt 4 Protonen und 5 Neutronen. Die Instabilität des Atomkerns gegenüber der Spaltung in zwei außergewöhnlich stabil gebundene Helium-4 -Kerne verhindert die Existenz eines stabilen Isotops mit gleicher Anzahl an Protonen und Neutronen ( Beryllium-8 mit jeweils 4). Ebenso wird die Existenz eines stabilen Isotops mit 4 Protonen und 6 Neutronen durch das für ein so leichtes Element sehr große Protonen-Neutronen-Verhältnis (4:6 ≈ 0,67) verhindert. (Dennoch hat Beryllium-10 eine Halbwertszeit von 1,387 Millionen Jahren, die zwar zu kurz ist, um ursprünglich zu sein , aber dennoch auf eine relative Stabilität eines leichten Isotops mit einem solchen Ungleichgewicht hindeutet.)

Die Menge der monoisotopischen Elemente überschneidet sich mit der Menge der 21 mononuklidischen Elemente , ist aber nicht identisch. Letztere zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Wesentlichen nur ein in der Natur vorkommendes Isotop (Nuklid) besitzen. ^{[ 1 ]} Der Grund dafür liegt im Vorkommen bestimmter langlebiger radioaktiver primordialer Nuklide in der Natur, die monoisotopische Elemente enthalten können und diese somit daran hindern, von Natur aus mononuklidisch zu sein. Dies trifft auf sieben der monoisotopischen Elemente zu. Diese Elemente sind zwar monoisotopisch, aber aufgrund des Vorhandenseins eines langlebigen radioaktiven primordialen Nuklids nicht mononuklidisch. Zu diesen Elementen gehören Vanadium , Rubidium , Indium , Lanthan , Europium , Lutetium und Rhenium . Bei Indium und Rhenium ist das langlebige Radionuklid sogar das häufigere Isotop in der Natur und das stabile Isotop das seltenere.

In zwei weiteren Fällen ( Bismut ^{[ 2 ]} und Protactinium ) sind Elemente, die definitionsgemäß mononuklidisch sind, nicht monoisotopisch, da das natürlich vorkommende Nuklid radioaktiv ist und das Element somit keine stabilen Isotope besitzt. Ein Element ist monoisotopisch, wenn es genau ein stabiles Nuklid aufweist.

Nicht -mononuklidische Elemente sind mit einem Sternchen gekennzeichnet, und das langlebige primordiale Radioisotop ist angegeben. In zwei Fällen (Indium und Rhenium) ist das häufigste natürlich vorkommende Isotop das schwach radioaktive, und im Fall von Europium ist es fast die Hälfte.

• Atomgewichte der Elemente (Stand: Jahr 2000), mit einem Abschnitt über monoisotopische Elemente ab Seite 708