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NNPNon Neutral Plasma

Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/

Atomphysik für Studierende des Lehramtes

Teil 1



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.



Atomphysik

Atomphysik Kernphysik

Physik des Aufbaus und des

Verhaltens des Atomkerns und

der enthaltenen Kernbausteine

Aufbau und Eigenschaften der

Atomhülle und des Atomkerns



Atomphysik

Die Physik ist eine Erfahrungswissenschaft. Ausgangspunkt für

Erfahrung und Wissen sind Experimente.

• Historische Entwicklung

• Erklärung mit einfachen Modellen

• Klassische Atomvorstellung

• Moderne Atomvorstellungen



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



Historischer Abriss

Platon (427-347 v.u.Z.)

Aristoteles (384-322 v.u.Z.)

Vier-Elemente-Lehre



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?



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



Historischer Abriss

Impulse für die klassische Atomphysik

Entwicklung der Chemie Entwicklung der Thermodynamik

Entwicklung der Theorie des Lichtes



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)




„A New System Of Chemical Philosophy“ (1808)

John Dalton

(1766 – 1844)




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.



Öltropfenversuch



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



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?



- 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



Chemische Evidenz für das Vorhandensein von Atomen,

aber ...

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