Chemie begreifen, Schulbuch

Worum geht es? Was lässt sich beobachten? Überlegungen Die Elementarteilchen B3 35 Was lässt sich beobachten? Überlegungen Das Gesetz der konstanten Proportionen und die Unzerlegbarkeit der Elemente lassen sich durch die Annahme der Existenz von Atomen leicht erklären. Bis vor etwa 100 Jahren galten die Atome als die kleinsten, unzerlegbaren Bausteine der Materie. Diese Vorstellung wurde jedoch falsifiziert. Das Ziel ist zu verstehen, dass alle Atome auf gleiche Weise aus noch kleineren Elementarteilchen aufgebaut sind. Warum kann man diese Strahlung – nicht aber Lichtstrahlen – durch magnetische oder elektrische Felder ablenken? Aus der Art der Ablenkung kann ermittelt werden, dass die Strahlung aus der negativ geladenen Metall- platte stammt. Sie besteht aus Elementarteil- chen, die kleiner als alle Atome sind. Wird die Polung umgekehrt, unterbleibt die Strahlung. Sind die abgetrennten Elementarteilchen – die Elektronen – positiv oder negativ geladen? Durch hohe elektrische Felder und mithilfe radioaktiver Strahlung können aus Atomen noch zwei weitere Sorten von Elementar- teilchen abgetrennt werden. Es stellt sich heraus, dass alle Atome aus positiv geladenen Protonen, ungeladenen Neutronen und ca. 2000-mal leichteren, negativ geladenen Elektronen bestehen. 1913 verwendete Ernest Rutherford (1871–1937) radioaktive Strahlung, um herauszufinden, wie sich die Elementarteilchen zum Atom zusammenfügen. Wie viele Atome passen ungefähr in eine Strecke von 10 –4 mm? Warum »spürt« die α -Strahlung die Elektronen nicht? Welches Größenverhältnis muss zwischen Kern und Hülle existieren und wie müssen sich die Massen verteilen? Welche Elementarteilchen bilden den Atomkern und welche die Hülle? Durch hohe elektrische Spannungen kann ein Bildschirm zum Leuchten gebracht werden. Voraussetzungen sind ein relativ gutes Vakuum und eine negativ geladene Metallplatte gegenüber dem positiv geladenen Schirm (a). Die erzeugte »Strahlung« lässt sich durch Magnetfelder ablenken (b). a) Magnetplatten Bildschirm b) zur Pumpe Metallplatte – + – + Streuversuch von Rutherford Prinzip eines »Streuversuchs« Radioaktives Material, das schnell bewegte, positiv geladene α -Teilchen aussendet. α -Teilchen bestehen aus 2 Protonen und 2 Neutronen. Ein unzugänglicher, nicht direkt beobachtbarer Raum wird durch »Beschuss« erkundet. abgedunkelter Raum Detektor Gummiballkanone Fangvorrichtung, um Winkel und Geschwindig- keit zu messen Goldfolie (ca. 1 / 10000 mm dick) 1 2 3 Versuchsergebnisse Fast alle α -Teilchen gehen ungebremst und geradlinig durch. 1 2 3 Ab und zu erfolgt eine leichte Ablenkung durch eine positive Ladung. Ganz selten, ca. jedes 20 000ste Mal, erfolgt ein Rückprall bei praktisch gleich- bleibender Geschwindigkeit. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv