3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Einführung Kann man Atome sehen? Größe des Atoms Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment Das Photon: Welle und Teilchen Teilchen als Welle (de Broglie) Heisenbergsche Unschärferelation Das Bohrsche Atomodell Grundlagen der Quantenmechanik Quantenmechanik des Wasserstoffatoms Spin und Bahnmagnetismus Atome im Magnetfeld Experimente zur Drehimpulsquantisierung Mehrelektronenatome – das Pauliprinzip Aufbau des Periodensystems Die Molekülbindung Rückblick Größe Masse Innerer Aufbau

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Periodensystem (1869 Mendelejew, Lothar Meyer) Sortiert nach periodisch wiederkehrenden chemischen&physikalischen Eigenschaften Hassium (von Hessen!) Bei GSI entdeckt 116 Seltene Erden Actinide

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Juli 2009: 112 Copernicum

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Element 116 Yu. Ts. Oganessian, V. K. Utyonkov, Yu. V. Lobanov, F. Sh. Abdullin, N. Polyakov, I. V. Shirokovsky, Yu. S. Tsyganov, G. G. Gulbekian, S. L. Bogomolov, B. N. Gikal, A. N. Mezentsev, S. Iliev, V. G. Subbotin, A. M. Sukhov, O. V. Ivanov, G. V. Buklanov, K. Subotic, M. G. Itkis, K. J. Moody, J. F. Wild, N. J. Stoyer, M. A. Stoyer, R. W. Lougheed, C. A. Laue, Ye. A. Karelin, A. N. Tatarinov. Observation of the decay of 262 116 , Phys. Rev. C 63, 011301/1011301/2 (2001).

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Eine besonders schwerer Fall von wissenschaftlichem Betrug: Element 118 Ninov et al (LBNL) Phys. Rev. Lett. 83, 001104 (1999)

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Eine besonders schwerer Fall von wissenschaftlichem Betrug: Element 118 Ninov et al (LBNL) Phys. Rev. Lett. 83, 001104 (1999)

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Ordung des Periodensystems Edelgase: He, Ne, Ar, Kr, Xe

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Quelle: http://www.monroecc.edu/wusers/flanzafame/PeriodicFigs.htm

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Quelle: http://www.monroecc.edu/wusers/flanzafame/PeriodicFigs.htm

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Nichtganzahlige Massen: Mittelwert der verschiedenen Isotope d.h. verschiedener Anzahl von Neutronen

Vortäge: kommende Woche: Paulfalle: siehe Demtroeder Kapitel ueber “Quadrupol Massenspektrometer” + Nobelvortrag Wolfgan Paul auf Nobel.se Übernächste Woche: Rutherfordstreuung + Konzept Differentieller Wirkungsquerschnitt

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Prinzip der Massenspektroskopie (Massenmessung) Massenspektroskopie von ionisierten Atomen und Molekülen

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Prinzip der Massenspektroskopie (Massenmessung)

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Massenspektrometer: Geladene Teilchen (Ionen) in elektrischen, magnetischen Feldern Lorentzkraft: F = q * (v x B) !Geschwindigkeitsabhängig Elektrisch: F = q * E Kraft senkrecht auf Bewegungsrichtung -> Kreisbahn radius = m/q * v / B zu bestimmen

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Massenspektrometer: Geladene Teilchen (Ionen) in elektrischen, magnetischen Feldern Lorentzkraft: F = q * (v x B) !Geschwindigkeitsabhängig Elektrisch: F = q * E Ionenquelle m/q Auflösung durch v begrenzt radius = m/q * v / B Aston 1919 „Geschwindigkeitsfocussierung“

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Aston: gekreuzte E und B Felder Ziel: verschiedene Geschwindigkeiten auf gleichen Punkt geschickte Kombination von E und B Ablenkung im B Feld tan() = q B L / mv Ablenkung im E Feld: tan() = q E L / mv2 L verschiedene Startwinkel

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Richtungsfokussierung “Sektorfeld”

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Massenspektrometrie: Massenzahl 20! 19.9876 – 20.0628

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Massenspektrometrie immernoch aktuell: "for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules" Ionisiere biologische Moleküle ohne sie zu zerbrechen!

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Matrix-assisted Laser Desorption/Ionisation (MALDI)

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Electrospray

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie

Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment Atome Photonen Einführung 1.1. Quantenmechanik – versus klassische Theorien 1.2. Historischer Rückblick Kann man Atome sehen? Größe des Atoms Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment Das Photon: Welle und Teilchen Teilchen als Welle (de Broglie) Heisenbergsche Unschärferelation Das Bohrsche Atomodell Grundlagen der Quantenmechanik Quantenmechanik des Wasserstoffatoms Spin und Bahnmagnetismus Atome im Magnetfeld Experimente zur Drehimpulsquantisierung Mehrelektronenatome – das Pauliprinzip Aufbau des Periodensystems Die Molekülbindung Rückblick Atome Photonen QM – erster Blick Atome klassisch Einteilchen QM Mehrteilchen QM

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment Wie ist Ladung und Masse im Atom verteilt? Positive Ladung und Masse delokalisiert oder lokalisiert? Rosinenkuchen-Modell (“plumpudding model“) Rutherford Atommodell: Positive Ladung und Masse in ein Punkt

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment Betrachte die STREUUNG geladener Teilchen “Streuwinkel”  “Stoßparameter” b Bekannt war: Elektronen haben wenig Masse, d.h. die Ablenkung an den Elektronen ist gering

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment H. Geiger E. Marsden E. Rutherford

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment Das Rutherford-Experiment: Aufbau

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment Das “Rutherford“-Experiment: Ergebnisse 1) Die meisten -Teilchen gehen durch die Goldfolie nahezu ungestreut hindurch. 2) Einige wenige -Teilchen werden geringfügig abgelenkt (typisch < 2°). Wahrscheinlichste Ablenkung an der ganzen Goldfolie: ~0.87°. 3) Ganz wenige Teilchen werden um einen Winkel von mehr als 90° abgelenkt (1 von 20 000 bei der verwendeten Goldfolie). Rutherford: "It was quite the most incredible event that ever happened to me in my life. It was almost as incredible as if you fired a 15-inch shell at a piece of tissue paper and it came back and hit you"

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment  die positive Ladung (und damit fast die gesamte Masse) sind auf einen Radius von weniger als 10-14 m konzentriert

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment Um diesen Befund qualitativ zu Beschreiben benötigt man das Konzept des „Differentiellen Wirkungsquerschnittes“ das Rutherford Experiment ist nur ein einfaches Beispiel hierfür, das Konzept ist wichtig weit darüber hinaus.

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment “Streuwinkel”  “Stoßparameter” b Z1Z2 e2 cotan (/2) b= 4o μv2 für Coulomb Abstoßung zwischen Punktteilchen (Winkel und Stoßenergie im CM-System definiert – reduzierte Masse μ)

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment “Streuwinkel”  “Stoßparameter” b Kann nicht “Zielen” d.h. kenne b nicht ist die einzige Messgrösse “Schrotgewehr” Messung liefert eine Wahrscheinlichkeitsverteilung von 

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment Annahmen: 1) Fläche gleichmäßig bestrahlt 2) Coulomb Abstoßung zwischen Punktteilchen Z1Z2 e2 cotan (/2) b= 4o μv2 „Differentieller Wirkungsquerschnitt“

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment Totaler Wirkungsquerschnitt: Für Reaktionen mit Ja/Nein Ausgang: z.B. Stoß, Absorption, Teilchenerzeugung Nreaktion = Nprojektil Ftarget  Differentieller Wirkungsquerschnitt: Für Reaktionen mit kontinuierlichem Ausgang: z.B. Streuung in Streuwinkelbereich , oder Erzeugung eines Teilchens mit Energie im Intervall E Differentieller Wirkungsquerschnitt

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment 

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment Wirkungsquerschnitt 3: “allgemeiner” differentieller Wirkunsquerschnitt: “effektive Fläche”, Fläche pro Messintervall für das Eintreten einer Reaktion: z.B. Photoabsorbtionsqueschnitt Anregungsquerschnitt für einen bestimmten Übergang Erzeugung eines Teilchens Emission von 10 Teilchen in 10 verschiedene Richtungen und mit verschiedenen Energien

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment 99eV h + He  He2+ + 2e- e2 Ee1=Ee2 e1 Polarization hier