3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie

Name: 3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Uploaded: 2017-09-10T01:33:52+00:00
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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

Periodensystem (1869 Mendelejew, Lothar Meyer) Sortiert nach periodisch wiederkehrenden chemischen&physikalischen Eigenschaften Hassium (von Hessen!) Bei GSI entdeckt 116 Seltene Erden Actinide

Juli 2009: 112 Copernicum

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 , Phys. Rev. C 63, / /2 (2001).

Eine besonders schwerer Fall von wissenschaftlichem Betrug: Element 118 Ninov et al (LBNL) Phys. Rev. Lett. 83, (1999)

Ordung des Periodensystems Edelgase: He, Ne, Ar, Kr, Xe

Quelle:

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

Prinzip der Massenspektroskopie (Massenmessung) Massenspektroskopie von ionisierten Atomen und Molekülen

Prinzip der Massenspektroskopie (Massenmessung)

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

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“

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

Richtungsfokussierung “Sektorfeld”

Massenspektrometrie: Massenzahl 20! –

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!

Matrix-assisted Laser Desorption/Ionisation (MALDI)

Electrospray

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

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

H. Geiger E. Marsden E. Rutherford

Das Rutherford-Experiment: Aufbau

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 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"

 die positive Ladung (und damit fast die gesamte Masse) sind auf einen Radius von weniger als m konzentriert

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.

“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)

“Streuwinkel”  “Stoßparameter” b Kann nicht “Zielen” d.h. kenne b nicht ist die einzige Messgrösse “Schrotgewehr” Messung liefert eine Wahrscheinlichkeitsverteilung von 

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

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



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

99eV h + He  He2+ + 2e- e2 Ee1=Ee2 e1 Polarization hier

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