3. Das Atom 3.1. Geschichte Des Atombegriffs 3.2

Transcript

3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante John Dalton - Die Atomhypothese • Materie, insbesondere die Gase, setzen sich aus kleinsten unteilbaren Teilchen, den Atomen zusammen. • Die Unterschiedlichkeit der Elemente ergibt sich aus den spezifischen Eigenschaften der Atome, besonders der Masse und dem Volumen. • Jede Verbindung besteht aus einer bestimmten Anzahl von Atomen. Die relativen Atommassen ergeben sich aus den Gewichtsverhältnisssen, in denen die Elemente zu Verbindungen zusammentreten und unter der Annahme möglichst einfacher Kombinationen. • Die Atome der Gase sind kugelförmig und von einer Wärmehülle umgeben. John Dalton (1766-1844) A new System of Chemical Philosophy by John Dalton (London 1808-1827) Beobachtete Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen Gesetz der Erhaltung der Masse (Lavoisier 1785) Bei allen chemischen Vorgängen bleibt die Gesamtmasse der an der Reaktion beteiligten Stoffe konstant. Gesetz der konstanten Proportionen (Proust 1799) Eine chemische Verbindung bildet sich immer aus konstanten Massenverhältnissen der Elemente. Gesetz der multiplen Proportionen (Dalton 1803) Bilden zwei Elemente A und B mehr als eine Verbindung miteinander, dann stehen die Massen von A, die sich mit einer bestimmten Masse von B verbinden, in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander. Daltonoide Verbindungen und feste Lösungen T-x Phasendiagramm Natrium (Na) – Chlor (Cl) Na+1 Cl-1 T-x Phasendiagramm Silber (Ag) – Gold (Au) Bertholloide Verbindungen – Intermetallische Phasen T-x Phasendiagramm Niob (Nb) – Chrom (Cr) Kristallstruktur von C15-NbCr2 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante Die Elementarteilchen Name Elektron Proton Neutron Symbol - e p n Ladung in C - 19 -1,6022·10 - 19 +1,6022·10 0 Ladung Masse in e in kg - 31 -1 9,1094·10 - 27 +1 1,6726·10 - 27 0 1,6749·10 Spin 1/2 1/2 1/2 Die Entdeckung des Elektrons Joseph John Thomson (1856-1940) Elektrische Entladungen in Gasen bei niedrigen Drücken Apparatur zur Bestimmung von e/m (1897)  Geißler´sche Röhren: Edelgase Lehrmittelkatalog der Firma Pressler in Cursdorf aus dem Jahr 1928 Die Ladung des Elektrons Robert Andrews Millikan (1868-1953) Apparatur Millikans zur Messung der Ladung des Elektrons Die Entdeckung des Protons Ernest Rutherford (1871-1937) Apparatur zur Erzeugung von Wasserstoffkernen Die Entdeckung des Neutrons James Chadwick (1891-1974) Chadwicks Neutronenkammer 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante Atom als Pudding positiv geladene Materie Elektron - - - Joseph John Thomson (1856-1940) α -Streuung am Atom α - Teilchen Quelle Goldfolie Bleiabschirmung ZnS-Schirm NebelkammerAufnahme Der Aufbau des Atoms positiv geladene Materie Elektron - - + - - Ernest Rutherford (1871-1937) Beispiele chemischer Elemente Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . 92 93 94 . 103 104- Elementname Wasserstoff Helium Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon Symbol H He Li Be B C N O F Ne Herkunft des Namens hydro genes (gr.) wasserbildend helios (gr.) Sonne lithos (gr.) Stein beryllos (gr.) Beryll buraq (ar.) Borax carbo (la.) Kohle nitron genes (gr.) salpeterbildend oxys genes (gr.) säurebildend fluere (la.) fließen neos (gr.) neu Uran Neptunium Plutonium U Np Pu Uranus Neptun Pluto Name eines Planeten Name eines Planeten Name eines Planeten Lawrence Name eines Physikers Lawrencium Lr Transactinoide 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante Protonenzahl Nuklidkarte (Ausschnitt) Neutronenzahl 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante Häufigkeit einiger Elemente Die häufigsten Elemente in der Lithosphäre in Gew.-% Die häufigsten Elemente in der Hydrosphäre in Gew.-% 60 100 50 80 48,9 40 85,9 60 26,3 30 40 20 7,7 10 4,7 3,4 2,7 2,4 2 0,74 0,42 0,74 Si Al Fe Ca Na K Mg H O Ti Rest H Die Zusammensetzung der Atmosphäre in Gew.-% 80 75,51 60 40 23,16 20 1,28 0,05 Edelgase CO2 0 N 1,9 1 0,1 Cl Na Mg 0,09 0,04 0,04 0,13 0 0 O 10,8 20 O S Ca K Rest 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante Zum Massendefekt Masse von 4He als Summe der Massen der Elemtarteilchen 2·mp 2 ·1,007277 u 2·mn 2 ·1,008665 u 2·me 2 ·0,000549 u 2·mp + 2·mn + 2·me 4,032982 u Differenz von theo. und exper. bestimmter Masse von 4He m(4He) 4,002600 u 2·mp + 2·mn + 2·me - m(4He) 0,030382 u E = m·c2 = 0,030382·1,660610-27 kg · (2,99793 108 m/s)2 = 4,534 10-12 J = 28,3 MeV Kernbindungsenergie pro Nukleon 0,01 16 O 0,009 56 Fe 0,008 4He 12C 235 U Energie in u 0,007 0,006 6 Li 0,005 0,004 Spaltung Fusion 0,003 0,002 0,001 2 H 0 0 50 100 150 Massenzahl 200 250 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante Zur Kernspaltung Otto Hahn (1879-1968) Hiroshima-Bombe 20kt TNT (1945) Enrico Fermi (1901-1954) Der erste Kernreaktor (1942) Radioaktive Zerfallsgeschwindigkeit m ln m 0 ₌ ln NN ₌ ln nn ₌ k • t 0 0 τ 1 = 0. 693 N = N0 e-kt 2 k τ 1 ( 14 6 C ) = 5750y 1 2 N/N0 Verbliebener Anteil 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1 2 1 4 1 8 5750 11500 t 17250 23000 28750 Alter in Jahren ¥ 19101.1 13351.1 9987.6 7601.1 5750.0 4237.6 2958.8 1851.1 874.0 0.0 Radioaktivität Marie (1867-1934) und Pierre Curie (1859-1906) Photoplatte von Antoine Henri Becquerel (1852 -1908) Das Laboratorium der Curies 3. Das Atom 3.1. Geschichte des Atombegriffs 3.2. Elementarteilchen: Proton, Neutron und Elektron 3.3. Atomaufbau 3.4. Nuklide, Isotope und Reinelemente 3.5. Häufigkeit der Elemente 3.6. Atomare Masseneinheit u 3.7. Massendefekt und die Kernbindungsenergie 3.8. Kernreaktionen - Kernspaltung und Kernfusion - Radioaktiver Zerfall - Künstliche Elemente - Zerfallsreihen 3.9. Quantitative Größen - Mittlere Atommasse - Relative Atommasse - Stoffmenge und Molbegriff - Avogadro-Konstante Das Mol  Ein Mol ist die Zahl der Atome, die in 12 g des Kohlenstoffisotops 12C enthalten sind. Ein Mol entspricht einer Teilchenzahl von: NA = 6.022·1023 mol-1 NA heißt Avogadro-Konstante (Loschmidt-Zahl NL)  Die Molmasse (g/mol) eines Elementes gibt die Masse eines Mols des Elementes an.