3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie 1.Einführung 2.Kann man Atome sehen? Größe...

3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie

1. Einführung2. Kann man Atome sehen? Größe des Atoms

4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment5. Das Photon: Welle und Teilchen6. Teilchen als Welle (de Broglie)7. Heisenbergsche Unschärferelation8. Das Bohrsche Atomodell9. Grundlagen der Quantenmechanik10.Quantenmechanik des Wasserstoffatoms11.Spin und Bahnmagnetismus12.Atome im Magnetfeld13.Experimente zur Drehimpulsquantisierung14.Mehrelektronenatome – das Pauliprinzip15.Aufbau des Periodensystems16.Die Molekülbindung17.Rückblick

GrößeMasseInnerer Aufbau

Periodensystem (1869 Mendelejew, Lothar Meyer)Sortiert nach periodisch wiederkehrenden chemischen&physikalischenEigenschaften

Seltene Erden

Actinide

Hassium (von Hessen!)Bei GSI entdeckt

Juli 2009:112 Copernicum

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

Element 116

Element 118Ninov et al (LBNL)Phys. Rev. Lett. 83, 001104 (1999)

Eine besonders schwerer Fall von wissenschaftlichem Betrug:

Element 118Ninov et al (LBNL)Phys. Rev. Lett. 83, 001104 (1999)

Eine besonders schwerer Fall von wissenschaftlichem Betrug:

Ordung des Periodensystems

Edelgase: He, Ne, Ar, Kr, Xe

Quelle: http://www.monroecc.edu/wusers/flanzafame/PeriodicFigs.htm

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

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

Aston 1919 „Geschwindigkeitsfocussierung“

Ionenquelle

m/q Auflösung durch v begrenzt

radius = m/q * v / B

Aston: gekreuzte E und B FelderZiel: verschiedene Geschwindigkeiten auf gleichen Punktgeschickte Kombination von E und B

Ablenkung im E Feld:tan() = q E L / mv2

Ablenkung im B Feldtan() = q B L / mv

verschiedene Startwinkel

Richtungsfokussierung “Sektorfeld”

Massenspektrometrie:

Massenzahl 20!

19.9876 – 20.0628

Massenspektrometrie immernoch aktuell:

"for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules"

Ionisiere biologische Moleküleohne sie zu zerbrechen!

Matrix-assisted Laser Desorption/Ionisation (MALDI)

Electrospray

1. Einführung1.1. Quantenmechanik – versus klassische Theorien1.2. Historischer Rückblick

2. Kann man Atome sehen? Größe des Atoms3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment5. Das Photon: Welle und Teilchen6. Teilchen als Welle (de Broglie)7. Heisenbergsche Unschärferelation8. Das Bohrsche Atomodell9. Grundlagen der Quantenmechanik10.Quantenmechanik des Wasserstoffatoms11.Spin und Bahnmagnetismus12.Atome im Magnetfeld13.Experimente zur Drehimpulsquantisierung14.Mehrelektronenatome – das Pauliprinzip15.Aufbau des Periodensystems16.Die Molekülbindung17.Rückblick

AtomePhotonen

QM – erster Blick

EinteilchenQM

Atome klassisch

MehrteilchenQM

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

“Stoßparameter” b

“Streuwinkel”

Bekannt war: Elektronen haben wenig Masse, d.h. die Ablenkung an den Elektronen ist gering

Das “Rutherford“-Experiment

E. Rutherford H. Geiger E. Marsden

Das Rutherford-Experiment: Aufbau

1) Die meisten -Teilchen gehen durch die Goldfolie nahezu ungestreut hindurch.

Das “Rutherford“-Experiment: Ergebnisse

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"

die positive Ladung (und damit fast die gesamte Masse) sind auf einen Radius von weniger als 10-14 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”

Z1Z2 e2 cotan (/2)b=

4o μv2

für Coulomb Abstoßung zwischen Punktteilchen(Winkel und Stoßenergie im CM-System definiert – reduzierte Masse μ)

“Streuwinkel”

Kann nicht “Zielen” d.h. kenne b nicht

ist die einzige Messgrösse

“Schrotgewehr”

Messung liefert eine Wahrscheinlichkeitsverteilung von

Z1Z2 e2 cotan (/2)b=

4o μv2

Annahmen:1) Fläche gleichmäßig bestrahlt 2) Coulomb Abstoßung zwischen Punktteilchen

„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

DifferentiellerWirkungsquerschnitt

Wirkungsquerschnitt 3:“allgemeiner” differentieller Wirkunsquerschnitt:

“effektive Fläche”, Fläche pro Messintervallfür 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-

Ee1=Ee2

Polarization

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