3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie 1.Einführung 2.Kann man Atome sehen? Größe...
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3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
1. Einführung2. Kann man Atome sehen? Größe des Atoms
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
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
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Periodensystem (1869 Mendelejew, Lothar Meyer)Sortiert nach periodisch wiederkehrenden chemischen&physikalischenEigenschaften
Seltene Erden
Actinide
Hassium (von Hessen!)Bei GSI entdeckt
116
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Juli 2009:112 Copernicum
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
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
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Element 118Ninov et al (LBNL)Phys. Rev. Lett. 83, 001104 (1999)
Eine besonders schwerer Fall von wissenschaftlichem Betrug:
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Element 118Ninov et al (LBNL)Phys. Rev. Lett. 83, 001104 (1999)
Eine besonders schwerer Fall von wissenschaftlichem Betrug:
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Ordung des Periodensystems
Edelgase: He, Ne, Ar, Kr, Xe
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Quelle: http://www.monroecc.edu/wusers/flanzafame/PeriodicFigs.htm
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Quelle: http://www.monroecc.edu/wusers/flanzafame/PeriodicFigs.htm
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
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
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Massenspektroskopie von ionisierten Atomen und Molekülen
Prinzip der Massenspektroskopie (Massenmessung)
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
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
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
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
L
Ablenkung im B Feldtan() = q B L / mv
verschiedene Startwinkel
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Richtungsfokussierung “Sektorfeld”
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Massenspektrometrie:
Massenzahl 20!
19.9876 – 20.0628
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Massenspektrometrie immernoch aktuell:
"for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules"
Ionisiere biologische Moleküleohne sie zu zerbrechen!
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Matrix-assisted Laser Desorption/Ionisation (MALDI)
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
Electrospray
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
3. Weitere Eigenschaften von Atomen: Masse, Isotopie
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
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
Betrachte die STREUUNG geladener Teilchen
“Stoßparameter” b
“Streuwinkel”
Bekannt war: Elektronen haben wenig Masse, d.h. die Ablenkung an den Elektronen ist gering
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
Das “Rutherford“-Experiment
E. Rutherford H. Geiger E. Marsden
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
Das Rutherford-Experiment: Aufbau
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
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"
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
die positive Ladung (und damit fast die gesamte Masse) sind auf einen Radius von weniger als 10-14 m konzentriert
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
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.
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
“Stoßparameter” b
“Streuwinkel”
Z1Z2 e2 cotan (/2)b=
4o μv2
für Coulomb Abstoßung zwischen Punktteilchen(Winkel und Stoßenergie im CM-System definiert – reduzierte Masse μ)
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
“Stoßparameter” b
“Streuwinkel”
Kann nicht “Zielen” d.h. kenne b nicht
ist die einzige Messgrösse
“Schrotgewehr”
Messung liefert eine Wahrscheinlichkeitsverteilung von
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
Z1Z2 e2 cotan (/2)b=
4o μv2
Annahmen:1) Fläche gleichmäßig bestrahlt 2) Coulomb Abstoßung zwischen Punktteilchen
„Differentieller Wirkungsquerschnitt“
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
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
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
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
4. Atomkern und Hülle: das Rutherfordexperiment
99eV h + He He2+ + 2e-
e2
Ee1=Ee2
Polarization
e1
hier