Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen, die sich durch die Kernkraft gegenseitig anziehen, während sich Protonen aufgrund ihrer positiven Ladung über die elektrische Kraft abstoßen. Diese beiden Kräfte konkurrieren, was dazu führt, dass einige Kombinationen von Neutronen und Protonen stabiler sind als andere. Neutronen stabilisieren den Kern, weil sie Protonen anziehen, was dazu beiträgt, die elektrische Abstoßung zwischen Protonen auszugleichen., Infolgedessen wird mit zunehmender Anzahl von Protonen ein zunehmendes Verhältnis von Neutronen zu Protonen benötigt, um einen stabilen Kern zu bilden; Wenn zu viele oder zu wenige Neutronen im Hinblick auf das optimale Verhältnis vorhanden sind, wird der Kern instabil und unterliegt bestimmten Arten von Kernzerfall. Instabile Isotope zerfallen über verschiedene radioaktive Zerfall Wege, die am häufigsten alpha-Zerfall, beta-Zerfall oder elektroneneinfang. Viele seltene Arten des Zerfalls, wie spontane Spaltung oder Cluster-Zerfall, sind bekannt. (Siehe radioaktiven Zerfall für Details.,)
Isotop Halbwertszeit. Die dunklere stabilere Isotopenregion weicht von der Linie der Protonen (Z) = Neutronen (N) ab, wenn die Elementzahl Z größer wird.
Von den ersten 82 Elementen im Periodensystem haben 80 Isotope, die als stabil gelten. Element, Wismut-209, traditionell als das schwerste stabile Isotop angesehen, aber 2003 maßen Forscher in Orsay, Frankreich, die Halbwertszeit von 209
Bi
auf 1,9×1019 Jahre., Technetium und Promethium (Ordnungszahlen 43 bzw. 61) und alle Elemente mit einer Ordnungszahl über 82 haben nur Isotope, von denen bekannt ist, dass sie sich durch radioaktiven Zerfall zersetzen. Es wird erwartet, dass keine unentdeckten Elemente stabil sind, daher gilt Blei als das schwerste stabile Element. Es ist jedoch möglich, dass einige Isotope, die jetzt als stabil gelten, mit extrem langen Halbwertszeiten zerfallen (wie bei 209
Bi
). Diese Liste zeigt, was im Konsens der wissenschaftlichen Gemeinschaft ab 2019 vereinbart wurde.,
Für jedes der 80 stabilen Elemente ist die Anzahl der stabilen Isotope angegeben. Es wird erwartet, dass nur 90 Isotope vollkommen stabil sind, und weitere 162 sind energetisch instabil, aber es wurde nie beobachtet, dass sie zerfallen. Somit sind 252 Isotope (Nuklide) per Definition stabil (einschließlich Tantal-180m, für die noch kein Zerfall beobachtet wurde). Es wird erwartet, dass diejenigen, die sich in Zukunft als radioaktiv herausstellen, eine Halbwertszeit von mehr als 1022 Jahren haben (z. B. Xenon-134).
Im April 2019 wurde bekannt gegeben, dass die Halbwertszeit von Xenon-124 auf 1,8 × 1022 Jahre gemessen worden war., Dies ist die längste Halbwertszeit, die direkt für jedes instabile Isotop gemessen wird; nur die Halbwertszeit von Tellur-128 ist länger.
Von den chemischen Elementen hat nur ein Element (Zinn) 10 solche stabilen Isotope, fünf haben sieben Isotope, acht haben sechs Isotope, zehn haben fünf Isotope, neun haben vier Isotope, fünf haben drei stabile Isotope, 16 haben zwei stabile Isotope und 26 haben ein einziges stabiles Isotop.
Zusätzlich haben etwa 30 Nuklide der natürlich vorkommenden Elemente instabile Isotope mit einer Halbwertszeit größer als das Alter des Sonnensystems (~109 Jahre oder mehr)., Weitere vier Nuklide haben eine Halbwertszeit von mehr als 100 Millionen Jahren, was weit unter dem Alter des Sonnensystems liegt, aber für einige von ihnen lang genug, um überlebt zu haben. Diese 34 radioaktiven natürlich vorkommenden Nuklide umfassen die radioaktiven ursprünglichen Nuklide. Die Gesamtzahl der ursprünglichen Nuklide beträgt dann 252 (die stabilen Nuklide) plus die 34 radioaktiven ursprünglichen Nuklide für insgesamt 286 ursprüngliche Nuklide. Diese Zahl kann sich ändern, wenn auf der Erde neue kurzlebige Primordialen identifiziert werden.,
Eines der ursprünglichen Nuklide ist Tantal-180m, von dem eine Halbwertszeit von mehr als 1015 Jahren vorhergesagt wird, von dem jedoch nie ein Zerfall beobachtet wurde. Die noch längere Halbwertszeit von 2,2 × 1024 Jahren Tellur-128 wurde mit einer einzigartigen Methode zum Nachweis seiner radiogenen Tochter Xenon-128 gemessen und ist die längste bekannte experimentell gemessene Halbwertszeit. Ein weiteres bemerkenswertes Beispiel ist das einzige natürlich vorkommende Isotop von Wismut, Wismut-209, von dem vorhergesagt wurde, dass es mit einer sehr langen Halbwertszeit instabil ist, aber es wurde beobachtet, dass es zerfällt., Aufgrund ihrer langen Halbwertszeit finden sich solche Isotope immer noch in verschiedenen Mengen auf der Erde und werden zusammen mit den stabilen Isotopen als Urisotop bezeichnet. Alle ursprünglichen Isotope sind in der Reihenfolge ihrer abnehmenden Fülle auf der Erde gegeben.. Eine Liste der ursprünglichen Nuklide in der Reihenfolge der Halbwertszeit finden Sie unter Liste der Nuklide.
Es sind 118 chemische Elemente bekannt. Alle Elemente des Elements 94 befinden sich in der Natur, und der Rest der entdeckten Elemente wird künstlich hergestellt, wobei Isotope, von denen bekannt ist, dass sie hochradioaktiv sind, mit relativ kurzen Halbwertszeiten sind (siehe unten)., Die Elemente in dieser Liste sind nach der Lebensdauer ihres stabilsten Isotops geordnet. Von diesen sind drei Elemente (Wismut, Thorium und Uran) ursprünglich, weil sie Halbwertszeiten haben, die lang genug sind, um noch auf der Erde gefunden zu werden, während alle anderen entweder durch radioaktiven Zerfall erzeugt oder in Laboratorien und Kernreaktoren synthetisiert werden. Nur 13 der 38 bekannten, aber instabilen Elemente weisen Isotope mit einer Halbwertszeit von mindestens 100 Jahren auf., Jedes bekannte Isotop der verbleibenden 25 Elemente ist hochradioaktiv; Diese werden in der akademischen Forschung und manchmal in Industrie und Medizin verwendet. Einige der schwereren Elemente im Periodensystem haben möglicherweise noch unentdeckte Isotope mit einer längeren Lebensdauer als die hier aufgeführten.
Ungefähr 338 Nuklide sind auf der Erde natürlich zu finden. Diese umfassen 252 stabile Isotope, und mit dem Zusatz der 34 langlebigen Radioisotope mit Halbwertszeiten länger als 100 Millionen Jahre, insgesamt 286 Urnuklide, wie oben erwähnt., Die Nuklide, die natürlich gefunden werden, umfassen nicht nur die 286 Primordialen, sondern auch etwa 52 kurzlebigere Isotope (definiert durch eine Halbwertszeit von weniger als 100 Millionen Jahren, zu kurz, um von der Bildung der Erde überlebt zu haben), die Töchter von primordialen Isotopen sind (wie Radium aus Uran); oder werden durch energetische natürliche Prozesse wie Kohlenstoff-14 aus atmosphärischem Stickstoff durch Beschuss aus kosmischen Strahlen hergestellt.