Physik: Wie schwer ist eigentlich Sauerstoff?

Paradigmenwechsel in der Physik: Bislang galten die Atommassen als Naturkonstanten. Doch statt absoluter Massenwerte werden nun für zehn wichtige Elemente nur noch Bereiche angegeben.

Bei der Frage, wie viel Masse ein Atom eines bestimmten Elements auf die Waage bringt, half bislang das Periodensystem der Chemie weiter. Zukünftig könnten nach dem Blick in die bunte Karte aber Zweifel bleiben:

Statt absoluter Massenwerte werden nun für zehn wichtige Elemente nur noch Bereiche angegeben. Das hat die für das Periodensystem zuständige International Union of Pure and Applied Chemistry (Iupac) beschlossen. Die Änderungen sind in zwei Veröffentlichungen zusammengefasst, die diese Woche in Pure and Applied Chemistry and Chemistry International erschienen sind (online).

Hintergrund ist, dass Atommassen sich gar nicht eindeutig bestimmen lassen. Die Atome der meisten Elemente kommen in der Natur in mehreren sogenannten Isotopen vor, die sich zwar nicht in ihren chemischen Eigenschaften unterscheiden, wohl aber in ihrer Masse.

Die im Periodensystem angegebene Atommasse ist ein Mittelwert, in den die natürliche Isotopen-Mischung des Elements einfließt. Diese ist aber nicht universell, sondern hängt vom Stoff ab, in dem das Element in der Natur gebunden ist.

So bauen beispielsweise Pflanzen verschiedene Isotope des Kohlenstoffs bei der Photosynthese unterschiedlich gut ein. Oder Wassermoleküle verdunsten unterschiedlich schnell, abhängig von der Masse der enthaltenen Atome.

Bildet sich Niederschlag, ändert sich daher das Isotopenverhältnis des Sauerstoffs im Meerwasser, sodass die Atommasse von Sauerstoff dort deutlich unter der bislang im Periodensystem angegebenen liege, erläutert Willi Brand, der Vorsitzende der Kommission für Atomgewichte in der Iupac. "Solche Beispiele haben uns bewogen, zu sagen: Es macht keinen Sinn, ein Standard-Atomgewicht anzugeben".

Brand spricht von einem "Paradigmenwechsel": Während bislang die Atommassen als Naturkonstanten galten, gibt die Iupac nun eine Liste heraus, in der für wichtige chemische Verbindungen, in denen ein bestimmtes Element vorkommt, ein Massenbereich angegeben ist.

Auch im Periodensystem wird künftig statt eines Wertes ein Intervall angegeben, für Rechnungen steht aber ein Mittelwert zur Verfügung. Die Neuregelung gilt zunächst für zehn Elemente, die in der Natur besonders häufig vorkommen, darunter Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff.