Atomphysik für Studierende des Lehramtes

Transkript

1 Atomphysik für Studierende des Lehramtes Teil 1

2 Atomphysik Die physikalische Lehre von den Bausteinen der Elemente, den Atomen, ihrer Struktur, ihren Eigenschaften und ihrer Wechselwirkung mit Licht - und Röntgenstrahlung. Zurückführung experimenteller Befunde auf fundamentale Naturgesetze und die Eigenschaften elementarer Bausteine.

3 Atomphysik Atomphysik Kernphysik Aufbau und Eigenschaften der Atomhülle und des Atomkerns Physik des Aufbaus und des Verhaltens des Atomkerns und der enthaltenen Kernbausteine

4 Atomphysik Die Physik ist eine Erfahrungswissenschaft. Ausgangspunkt für Erfahrung und Wissen sind Experimente. Historische Entwicklung Erklärung mit einfachen Modellen Klassische Atomvorstellung Moderne Atomvorstellungen

5 Historischer Abriss Naturphilosophie im antiken Griechenland Thales von Milet Anaximenes von Milet Heraklit von Ephesos Anaximander Empedokles ( v.u.z.) ( v.u.z.) ( v.u.z.) ( v.u.z.) ( v.u.z.)

6 Historischer Abriss Vier-Elemente-Lehre Platon Aristoteles ( v.u.z.) ( v.u.z.)

7 Historischer Abriss Halbiere einen Apfel und zerteile die Stücke abermals in Hälften. Wie oft läßt sich ein Apfel durch fortwährendes Zerschneiden teilen? Leukipp ( v.u.z.) Demokrit ( v.u.z.)

8 Historischer Abriss ἄτομος Konsequenzen des Atomismus Existenz eines unteilbaren kleinsten Teilchens Zwischen den Teilchen gibt es Leere Durch Umordnung der Teilchen erfolgt Werden und Vergehen

9 Historischer Abriss Impulse für die klassische Atomphysik Entwicklung der Chemie Entwicklung der Thermodynamik Entwicklung der Theorie des Lichtes

10 Entwicklung der Chemie Beleg für die Atomistik der Masse. Massenerhaltung der beteiligten Stoffe bei chemischen Umsetzungen. Da alle Stoffe aus Atomen aufgebaut sind, bleibt die Zahl der Atome und ihre Masse bei chemischen Umsetzungen konstant. Gesetz der konstanten Proportionen (Joseph-Louis Proust 1797) Antoin Lavoisier ( )

11 Entwicklung der Chemie John Dalton ( ) A New System Of Chemical Philosophy (1808)

12 Entwicklung der Chemie Daltons Atommodell 1. Jeder Stoff besteht aus kleinsten, nicht weiter teilbaren kugelförmigen Teilchen, den Atomen. 2. Alle Atome eines Elements haben das gleiche Volumen und die gleiche Masse. Die Atome unterschiedlicher Elemente unterscheiden sich in ihrem Volumen und in ihrer Masse. 3. Atome sind unzerstörbar. Sie können durch chemische Reaktionen weder vernichtet noch erzeugt werden. 4. Bei chemischen Reaktionen werden die Atome der Ausgangsstoffe nur neu angeordnet und in bestimmten Anzahlverhältnissen miteinander verbunden.

13 Öltropfenversuch

14 Wie groß ist denn ein Atom? Öltropfenversuch Chemische Formel: C 17 H 33 COOH, Dichte: r = 0.9 g/cm 3, Zahl der Atome pro Molekül: 54, Relative Molekülmasse : 282 Annahmen: dichte Kugelpackung alle Atome sind gleich groß

15 Öltropfenversuch V Öl R V r Molekül Atom a 2 h h V 2 2 a Öl ratom R 3 3 R R 0,26 h 0, Aus wie vielen Molekülen setzt sich die Stoffmenge zusammen? V V N Molekül mol A V V 4 h g 0,891g mol Molekül 3 3 cm mol

16 Die Avogadro-Konstante - der genaue Wert beträgt N A = mol -1-1 Mol Kohlenstoff 12 C (12 g) enthält N A Atome - 1 u = 1/12 12 g mol -1 /N A = kg Amedeo Avogadro ( )

17 Chemische Evidenz für das Vorhandensein von Atomen

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