Massen- und Energieerhaltung beim radioaktiven Zerfall
Mir scheint, dass bei der Massenerhaltung ein bisschen geschummelt wird. Die Masse des Elektrons ist klein, aber sie ist nicht wirklich Null. Und Neutronen sind ein bisschen schwerer als Protonen, also bedeutet die Beibehaltung der Massenzahl nicht notwendigerweise, dass man am Ende auch wirklich die gleiche Masse hat.
Freut mich, dass dir das aufgefallen ist. Von der Natur nimmt man an, dass sie ihre Bilanzen perfekt in Ordnung hält, und hier sieht es nach einem Fall von Nachlässigkeit aus...aber das stimmt nicht. Lass mich das erklären: wir haben noch nicht über Relativitätstheorie gesprochen, aber du hast bestimmt schon von Einsteins berühmtester Formel gehört, E = mc2.
Klar. Sie besagt, dass Masse (m) und Energie (E) in Wirklichkeit das Gleiche sind und dass man die eine in die andere über die Lichtgeschwindigkeit (c) umrechnen kann. Ach so — Sie wollen sagen, dass "Massenerhaltung" auch die Energie mit berücksichtigen muss.
Genau das. Wenn man alle Masse und Energie jeweils vor und nach der Kernreaktion aufaddiert, findet man, dass die Summen genau gleich sind.
Nehmen wir mal den Betazerfall als Beispiel, damit du siehst, wie das funktioniert. Dort zerfällt ein Neutron in ein Proton und ein Elektron:
n => p + e-
Genau wie du gesagt hast, hat das Proton eine etwas geringere Masse als das Neutron. Die Masse des Elektrons kompensiert das zu einem gewissen Anteil, aber wenn du es genau nachrechnest, findest du, dass immer noch ein bisschen Masse auf der rechten Seite der Reaktionsgleichung "fehlt". Die steckt in freiwerdender Energie: das Elektron kommt mit hoher Geschwindigkeit heraus, d. h. mit jeder Menge kinetischer Energie.
In anderen Reaktionen steckt die "übrig gebliebene" Energie manchmal woanders. Zum Beispiel kann sich der Kern nach der Reaktion in einem angeregten Zustand befinden — die übrig gebliebenen Protonen und Neutronen haben mehr Energie als gewöhnlich. Das Atom wird diese zusätzliche Energie schließlich los, indem es einen Gammastrahl aussendet.
