Kurz gesagt, Atome zerfallen, weil sie instabil und radioaktiv sind.

Ununoctium (oder Oganesson) hat eine Ordnungszahl von 118. Das bedeutet, dass sich 118 Protonen im Kern eines Atoms von Oganesson befinden, ohne die Anzahl der Neutronen in der Kern. Wir werden uns das stabilste Isotop von Oganesson ansehen, $ \ mathrm {{} ^ {294} Og} $. 294 bedeutet, dass sich 294 Nukleonen oder insgesamt 294 Protonen und Neutronen im Kern befinden. Das größte stabile Isotop eines bekannten Elements ist $ \ mathrm {{} ^ {208} Pb} $ oder Blei-208.

Abgesehen von so vielen Nukleonen beginnt die starke Kernkraft Probleme zu haben, all diese Nukleonen zusammenzuhalten. Normalerweise würden wir den Kern für unmöglich halten, weil sich die Protonen (alle mit einer positiven Ladung) gegenseitig abstoßen würden, weil sich ähnliche Ladungen abstoßen. Das ist die elektromagnetische Kraft. Aber Wissenschaftler entdeckten eine andere Kraft, die starke Atomkraft. Die starke Kernkraft ist um ein Vielfaches stärker als die elektromagnetische Kraft (es gibt einen Grund, warum sie als starke Kraft bezeichnet wird), aber sie wirkt nur über sehr, sehr kleine Entfernungen. Jenseits dieser Entfernungen beginnt der Kern auseinanderzufallen. Oganesson- und Uranatome sind beide groß genug, dass die starke Kraft sie nicht mehr zusammenhalten kann.

Jetzt wissen wir also, warum die Atome instabil sind und zerfallen (beachten Sie, dass dies weitere Komplikationen mit sich bringt, aber dies ist der allgemeine Überblick darüber, warum). Aber warum der Unterschied in der Abklingzeit? Lassen Sie mich zunächst ein Missverständnis ansprechen. Die Quantenmechanik sagt, dass wir nicht genau wissen, wann ein Atom zerfällt oder ob es überhaupt zerfällt, aber für eine Sammlung von Atomen können wir die Zerfallsgeschwindigkeit in der sogenannten Elementhälfte messen -Leben. Es ist die Zeit, die benötigt wird, um den Atomkörper in zwei Hälften zu schneiden.

Um auf die Zerfallszeit zurückzukommen, hängt sie (wie zu erwarten) wieder mit der Größe des Kerns zusammen. Im Allgemeinen haben Isotope mit einer Ordnungszahl über 101 eine Halbwertszeit von weniger als einem Tag, und $ \ mathrm {{} ^ {294} Og} $ passt definitiv zu dieser Beschreibung. (Die einzige Ausnahme hier ist Dubnium-268.) Keine Elemente mit Ordnungszahlen über 82 haben stabile Isotope. Die Ordnungszahl von Uran beträgt 92, ist also radioaktiv, zerfällt jedoch viel langsamer als Oganessson aus dem einfachen Grund, dass es kleiner ist.

Interessanterweise kann es aus Gründen, die noch nicht vollständig geklärt sind, eine Art "Insel" mit erhöhter Stabilität um die Ordnungszahlen 110 bis 114 geben. Oganesson liegt dieser Insel etwas nahe und ihre Halbwertszeit ist länger als einige vorhergesagte Werte, die dem Konzept Glaubwürdigkeit verleihen. Die Idee ist, dass Elemente mit einer Anzahl von Nukleonen, so dass sie in vollständigen Schalen innerhalb des Atomkerns angeordnet werden können, eine höhere durchschnittliche Bindungsenergie pro Nukleon aufweisen und daher stabiler sein können. Sie können mehr darüber hier und hier lesen.

Hoffe das hilft!

In der Tat ist der Bereich möglicher Abklingzeiten viel, viel breiter als der Bereich, den Sie angegeben haben, wie ich kürzlich selbst herausgefunden habe. Es ist schwer sich eine physikalische Größe vorzustellen, die stärker variiert!

Im Großen und Ganzen ist eine Möglichkeit, darüber nachzudenken, die folgende: Der radioaktive Zerfall kann grob als eine Form des Quantentunnelns betrachtet werden, bei dem die Nukleonen aus dem metastabilen Kern tunneln gebundener Zustand, um in den freien Raum zu entkommen (und dabei den Kern völlig instabil zu machen und auseinander zu fliegen). Es stellt sich heraus, dass Quantentunnelwahrscheinlichkeiten generisch eine exponentielle Abhängigkeit haben: In einem einfachen Tunnelmodell beträgt die Tunnelzeit beispielsweise

$$ \ tau \ sim e ^ {\ sqrt {\ Delta E}} $$

wobei $ \ Delta E $ die Höhe der Energiebarriere ist, die das Entweichen des Partikels verhindert.

Die effektive Höhe der Barriere für den Kerntunnel ist ein kompliziertes Problem, das im Detail gelöst werden muss. Der Punkt ist jedoch, dass, wenn Sie sich vorstellen, dass sie beispielsweise zwischen einem stabilen und einem instabilen Kern um das 1000-fache variiert wird zu einem Unterschied in der Abklingzeit, der ein Faktor von $ e ^ {\ sqrt {1000}} = 10 ^ {13} $ ist. Diese exponentielle Abhängigkeit vergrößert also den Bereich möglicher Werte im Verhältnis zum Bereich der Energiebarrieren erheblich und garantiert unabhängig von den mikroskopischen Details ziemlich genau, dass der Bereich der Zerfallslebensdauern stark variiert.

Warum zerfallen Atome überhaupt?

Aus dem gleichen Grund rollen die Felsen bergab. Es gibt eine allgemeine Tendenz, dass Dinge, die sich auf einem hohen Energieniveau befinden, auf ein niedrigeres Energieniveau "fallen".

In Bezug auf Atomkerne ist Eisen (Fe-56) die niedrigste Energie pro Nukleon. Energie kann durch Spaltung von Elementen freigesetzt werden, die schwerer als Eisen sind, und durch Verschmelzen von Elementen, die leichter als Eisen sind.

Aus dieser Perspektive lautet die Frage nicht "Warum zerfallen Atome", sondern "Warum ist der Zerfall nicht augenblicklich?" Dies liegt daran, dass Zwischenzustände höhere Energie benötigen. Quantensysteme können jedoch mit einiger Wahrscheinlichkeit durch eine Energiebarriere "tunneln": https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_tunnelling#Radioactive_decay

Polonium-210-Isotope zerfallen also schneller als Uran-238-Isotope, da die Energiebarriere zwischen dem Anfangszustand und dem Zerfallsproduktzustand geringer ist.

Bei niedrigen Temperaturen erfolgt die Fusion überhaupt nicht spontan, da die Energiebarriere extrem hoch ist (obwohl vermutlich eine spontane Fusion durch Quantentunnelung stattfinden kann, hat sie nur eine extrem niedrige Wahrscheinlichkeit). In Sternen ist die Energiebarriere viel niedriger, weil die Temperatur sehr hoch ist und die beteiligten Kerne viel kinetische Energie haben, die es ihnen ermöglicht, einige der Coulomb-Kräfte zu überwinden, die sie abstoßen (die Hauptursache der Energiebarriere).