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1 Struktur der Materie Aufbau der Natur aus Ur-Elementen: Wasser, Luft, Feuer, Erde Leukipp und Demokrit (500-400 v. Chr.): Aufbau aus wenigen kleinsten,

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Präsentation zum Thema: "1 Struktur der Materie Aufbau der Natur aus Ur-Elementen: Wasser, Luft, Feuer, Erde Leukipp und Demokrit (500-400 v. Chr.): Aufbau aus wenigen kleinsten,"—  Präsentation transkript:

1 1 Struktur der Materie Aufbau der Natur aus Ur-Elementen: Wasser, Luft, Feuer, Erde Leukipp und Demokrit ( v. Chr.): Aufbau aus wenigen kleinsten, unteilbaren Urteilchen (α-θομοs, vgl. Tomographie) Durch das ganze Mittelalter hindurch: Bronze (Legierung aus Kupfer und Zink) Eisen aus Erz und Kohle Quecksilber aus Zinnober (HgS) Gold aus … ? Lomonossov (1756), Lavoisier (1774): Gesetz von der Erhaltung der Masse bei chemischer Reaktion

2 2 Struktur der Materie Lavoisier (1774): Zerlegung von Quecksilberoxid (HgO) in seine Bestandteile bei 400 °C. Rückreaktion bei 300 °C. (Traite elementaire de Chimie: 33 Elemente, von denen aber nur 23 wirkliche Elemente im heutigen Sinn waren)

3 3 Struktur der Materie Dalton (1808): Element ist der kleinste, aus Atomen, chemisch darstellbare Baustein eines Stoffs (erstes Periodensystem sortiert nach Atommassen) Periodensystem der Elemente (1869 Mendelejew / Mayer): Einteilung in acht Gruppen (senkrechte Spalten nebeneinander, waagerechte Perioden untereinander) Verbindungen von Elementen: -kovalente Bindung (Heitler 1927): gemeinsame Elektronenpaare (Wasserstoffmolekül H 2 ) -metallische Bindung (Bloch 1928) -Ionenbindung (polare Bindung, Pauling 1932)

4 4 Struktur der Atome Goldstein (1876): Leuchterscheinungen in Glasgefäßen (Gasentladungen) Kathodenstrahlen : Ablenkung durch magnetisches Feld Ablenkung durch elektrisches Feld Unabhängig vom Kathodenmaterial Leuchterscheinung weiter ausgedehnt als mittlere freie Weglänge der Gasteilchen Lennard (1894): Kathodenstrahlen auch außerhalb des Glasgefäßes (Nobelpreis 1905) Röntgen (1895): abgebremste Kathodenstr. erzeugen X-Strahlen (erster Nobelpreis 1901) Thomson und Lennard (1899): Kathodenstrahlen bestehen aus Elektronen (ca. 2000mal leichter als Wasserstoff)

5 5 Struktur der Atome Becquerel (1896): Uranstrahlen schwärzen eine Photoplatte durch Papier (wie Röntgenstrahlen, 1895) Ehepaar Curie (1898): aus Uranpechblende Polonium und Radium isoliert Wird Radium in einem geschlossenen Gefäß aufbewahrt, so kann man vorher nicht vorhandenes Helium nachweisen. Rutherford (1897): Uranstrahlen zeigen - und -Strahlen Villard (1900): Radium zeigt - und -Strahlung

6 Beobachtungen: - es wird unter allen Winkeln gestreut - die meisten Teilchen fliegen unabgelenkt durch die Goldfolie - rückgestreute Teilchen haben fast den gleichen Impuls wie beim Einfall Ernest Rutherford ( )... es war beinahe so unglaublich, als wenn man mit einer 15-Zoll-Granate auf ein Stück Seidenpapier schießt und die Granate zurückkommt und einen selber trifft. (E. Rutherford nach seinem Goldfolienexperiment) Struktur der Atome Rutherford ( ): Beschuß von Metallfolien mit -Strahlung 6

7 - fast die gesamte Masse der Atome ist in einem Atomkern konzentriert. - Atomkernradius ca m entspricht 1 / des Atomradius (Kirschkern im Eifelturm) - die Kernladung ist ein ganzzahliges Vielfaches einer positiven Elementarladung - Anzahl der im Kern enthaltenen Elementarladungen ist die Kernladungszahl ( = Elektronenzahl, Ordnungszahl im Periodensystem) Struktur der Atome Atommodell nach Rutherford Planetensystem: Elektronen umkreisen den Atomkern 7

8 Schwachstelle des Planetenbahnenmodells: - kreisende Elektronen müssten fortlaufend Energie abstrahlen, somit langsamer werden und binnen kurzer Zeit in den Kern stürzen und dort mit einem Proton verschmelzen - kontinuierliche Energieänderung widerspricht diskreten Linienspektren Struktur der Atome Atommodell nach Bohr (1913) 8 Überwindung der Schwachstellen durch Forderungen (Postulaten): 1. Elektronen bewegen sich ohne Strahlungsverlust auf ihren Bahnen 2. Wechsel von Bahnen geht mit portioniertem Energie- übertrag einher (gequantelt)

9 Struktur der Atome Erfolg des Bohrschen Atommodells 9 Die Abfolge der Linien im optischen Spektrum von Wasserstoff war qualitativ und quantitativ erklärt ! E = - R y / n 2 (R y Rydbergkonstante, n Hauptquantenzahl) f

10 Struktur der Atome 10 Einstein (1905): Licht, bisher als Welle, kann auch als Teilchen (Photon) gesehen werden (einfache Erklärung des photoelektrischen Effekts von Hallwachs 1888). Davisson und Germer ( ): Beugung von Kathodenstrahlen an Kupfer-Einkristall. de Broglie (1924): Elektronen lassen sich sowohl als Teilchen als auch als Wellen beschreiben (Materiewellen) Heisenberg (1925) und Schrödinger (1926): Quantenmechanik begründet Welle-Teilchen-Dualismus von Materie Quantenmechanik: Elektronen werden als Welle und Teilchen beschrieben werden

11 Struktur der Atome 11 Dirac (1928): Aus der Kombination von Quantenmechanik und Relativitätstheorie folgt die Existenz von Antimaterie Anderson (1932): Entdeckung des Positrons (Elektron mit positiver Elementarladung) Die Bahnen von Elektron und Positron laufen in einer Nebelkammer auseinander: gleiche Radiengleiche Massenentgegengesetzte KrümmungenLadungen Bleifolie - Strahlung Magnetfeld


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