NNPNon Neutral Plasma
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Atomphysik für Studierende des Lehramtes
Teil 1
NNPNon Neutral Plasma
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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.
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Atomphysik
Atomphysik Kernphysik
Physik des Aufbaus und des
Verhaltens des Atomkerns und
der enthaltenen Kernbausteine
Aufbau und Eigenschaften der
Atomhülle und des Atomkerns
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Atomphysik
Die Physik ist eine Erfahrungswissenschaft. Ausgangspunkt für
Erfahrung und Wissen sind Experimente.
• Historische Entwicklung
• Erklärung mit einfachen Modellen
• Klassische Atomvorstellung
• Moderne Atomvorstellungen
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Historischer Abriss
Thales von Milet (625-545 v.u.Z.)
Anaximenes von Milet (611-546 v.u.Z.)
Heraklit von Ephesos (544-483 v.u.Z.)
Anaximander (585-525 v.u.Z.)
Empedokles (495-435 v.u.Z.)
Naturphilosophie im antiken Griechenland
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Historischer Abriss
Platon (427-347 v.u.Z.)
Aristoteles (384-322 v.u.Z.)
Vier-Elemente-Lehre
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Historischer Abriss
Leukipp (500-440 v.u.Z.) Demokrit (460-370 v.u.Z.)
Halbiere einen Apfel und zerteile die
Stücke abermals in Hälften.
Wie oft läßt sich ein Apfel durch
fortwährendes Zerschneiden
teilen?
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Historischer Abriss
Konsequenzen des Atomismus
• Existenz eines unteilbaren kleinsten Teilchens
• Zwischen den Teilchen gibt es Leere
• Durch Umordnung der Teilchen erfolgt Werden und Vergehen
ἄτομος
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Historischer Abriss
Impulse für die klassische Atomphysik
Entwicklung der Chemie Entwicklung der Thermodynamik
Entwicklung der Theorie des Lichtes
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Entwicklung der Chemie
Beleg für die Atomistik der Masse.
Massenerhaltung der beteiligten Stoffe bei
chemischen Umsetzungen.
Antoin Lavoisier
(1743 – 1794)
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)
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Entwicklung der Chemie
„A New System Of Chemical Philosophy“ (1808)
John Dalton
(1766 – 1844)
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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.
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Öltropfenversuch
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Wie groß ist denn ein Atom?
Öltropfenversuch
Chemische Formel: C17H33COOH,
Dichte: r = 0.9 g/cm3,
Zahl der Atome pro Molekül: 54,
Relative Molekülmasse : 282
Annahmen:
• dichte Kugelpackung
• alle Atome sind gleich groß
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Öltropfenversuch
2
2
22 a
VhR
haV
Öl
Öl
13,026,054
3
4
3
454
3
33
hRR
r
RrV
Atom
AtomMolekül
Molekül
molA
mol
Molekül
V
VN
mol
cm
g
gV
hV
3
3
891,0
282
23
4
Aus wie vielen Molekülen setzt
sich die Stoffmenge
zusammen?
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- der genaue Wert beträgt NA= 6.022·1023 mol-1
- 1 Mol Kohlenstoff 12C (12 g) enthält NA Atome
- 1 u = 1/12·12 g ·mol-1/NA= 1.6604 ·10-27 kg
Amedeo Avogadro
(1776 - 1856)
Die Avogadro-Konstante