Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

her unter dem Einfluss von Aristoteles und seiner Schule verdrängt und erst im 17. Jh. wiederentdeckt. Erst die Erfindung des Quecksilberbarometers 1643 durch T ORRICELLI und die Versu- che mit den Magdeburger Halbkugeln durch O TTO VON G UERICKE (s. S. 54) machten das Vakuum, einen Raum ohne Materie, wieder zu einem Thema der Wissenschaft, das in der modernen Physik aktueller denn je ist (s. Physik 8). Dalton entdeckt die Atome Zu Beginn des 19. Jhs. waren die Untersuchungsmethoden der Chemie so weit ent- wickelt, dass sich quantitative chemische Messungen mit ziemlicher Genauigkeit durchführen ließen. Das Studium der chemischen Reaktionen führte dabei auf fol- gende bemerkenswerte Gesetze: Gesetz von der Erhaltung der Masse Bei chemischen Reaktionen bleibt die Gesamtmasse der Reaktionspartner unverändert. Gesetz der konstanten Proportionen In einer chemischen Verbindung sind die einzelnen Bestandteile stets in einem bestimmten, charakteristischen Massenverhältnis enthalten. Der englische Naturforscher John Dalton ( 75.1 ) konnte als erster diese Gesetze erklären. Er sah in ihnen den Beweis für den atomaren Aufbau der Materie. Indem er annahm, dass sich die winzigen Atome zu kleinen Gruppen, den Molekülen , verbinden, wurden die Gesetze erklärt. Weil sich die Atome bei chemischen Reaktionen nur anders anordnen, bleibt die Gesamtmasse unverändert. Allerdings muss man etwa bei einer brennenden Kerze die entstehenden Gase mit in Rechnung stellen. Wollte man ganz genau sein, so müsste selbst die als Licht ausgesandte Energie berücksichtigt werden, weil auch sie nach der Einsteinschen Formel E = mc 2 Masse besitzt (s. Physik 8). Da sich die Atome bei chemischen Prozessen in ganz bestimmter Weise umordnen und zu Molekülen zusammenschließen, stehen die Bestandteile stets im selben Massenverhältnis – es gilt das Gesetz der konstanten Proportionen. Dalton hat genau genommen den atomaren Aufbau der Materie nicht entdeckt , sondern ihn vorausgesetzt , um Gesetzmäßigkeiten von chemischen Reaktionen leichter verstehen zu können. Damit war jedoch nicht bewiesen, dass es nicht auch andere Erklärungsmöglichkeiten geben könnte. Seit G ALILEI und N EWTON akzeptiert man in der Physik eine Theorie erst dann, wenn sie auch durch ein Experiment belegt werden kann. Dies war bei den Atomen Daltons zunächst nicht der Fall. Seit der Entdeckung der Radioaktivität am Ende des 19. Jahrhunderts verstärkten sich die Hinweise auf die Existenz der Atome und zahlreiche Experimente ließen sich nur aufgrund des atomaren Aufbaus der Materie überzeugend erklären. Ein- zelne Atome können heute mit modernen Mikroskopen, z. B. dem Rastertunnel- mikroskop, sichtbar gemacht werden. ( 75.2 und Physik 7). Untersuche, überlege, forsche: Eisen rostet 75.1 S 2 Wenn Gegenstände aus Eisen oder Stahl längere Zeit feuchter Luft ausgesetzt sind, rosten sie. Ändert sich dabei ihre Masse? Begründe deine Meinung! Rutherford findet den Atomkern und die Elektronenhülle 1911 gelang dem englisch-neuseeländischen Physiker E RNEST R UTHERFORD ( 75.3 ) eine aufsehenerregende Entdeckung: Die Atome – so fand er heraus – sind keines- wegs massive Kügelchen, wie man bis dahin dachte, sondern haben eine innere Struktur. Sie bestehen aus einem winzigen elektrisch positiv geladenen Kern und einer negativen Hülle. Der Atomkern (Durchmesser 10 –15 bis 10 –14 m ) ist rund 100 000-mal kleiner als das Atom und enthält fast die ganze Masse des Atoms. Die Hülle dagegen besteht aus leichten, negativ geladenen Teilchen, den Elektronen , welche zur Atommasse kaum etwas beitragen. Sie werden durch elektrische Kräf- te an den Atomkern gebunden. 75.1 J OHN D ALTON (1766–1844) war Natur- wissenschafter und Lehrer in Manchester. In seinem Buch „A New System of Chemical Philosophy“ legte er Grundlagen zur modernen Atomtheorie. 75.2 Heute lassen sich einzelne Atome auf- picken und versetzen: 48 Eisenatome wurden in einem Kreis von 14,3nm Durchmesser auf einer Kupferoberfläche aufgereiht und mit einem Rastertunnelmikroskop abgebildet. 75.3 E RNEST R UTHERFORD (1871–1937) war ein Pionier der Erforschung der Radioaktivität (Nobelpreis 1908). Er zeigte, dass Atome aus Hülle und winzigem Kern bestehen. 75 | WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv