2. Vom Atom zum Festkörper

2.1 Quantentheorie der Atome

2.1.1 Ausgangspunkt

Atom = Kern + Elektronenhülle.
  = z Protonen + » Neutronen + z Elektronen
  z = Ordnungszahl; definiert chemisches Element
   
 
Atom Atomkern
z Protonen und
ca. z Neutronen
Ladung +z·e
Elektronenhülle
z Elektronen
Ladung –z·e
Wasserstoff (H)
z = 1
1 Proton und
0 Neutronen ("Wasserstoff"), oder
1 Neutron (H - Isotop "Deuterium", stabil) oder
2 Neutronen (H - Isotop "Tritium"; radioaktiv)
1 Elektron
Helium (He)
z = 2
2 Protonen
1 Neutron (instabil = radioaktiv)
2 Neutronen (stabil)
2 Elektronen
Und so weiter zum Periodensystem **** ****
Uran (U)
z = 92
92 Protonen
»143 ± Neutronen; viele radioaktive Isotope.
92 Elektronen
   
Zahlen und Maßeinheiten: Typische Atomgröße = 1 A = 0,1 nm = 10 –10 m.
  Typische Kerngröße: 10 –6 nm.
 Klassische Betrachtung
 
 
 
 
 Wie "umkreisen" die Elektronen den Atomkern? Die Anwort ist scheinbar einfach: Die Anziehungskraft zwischen einem positiv geladenen Kern mit z Protonen und einem negativ geladenen Elektron im Abstand r ist proportional zu z · e2/4pe0r2; das ist exakt das gleiche Kraftgesetz wie bei der Gravitation - nur die Proportionalitätskonstante ist anders.
Kräftegleichgwicht wie Sonnenystem: Unrettbar falsch. Beschleunigte e spiralen in Kern

2.1.2 Frühe Atommodelle

Bohrsches Postulat (1913): Drehimpuls gequantelt
 Drehimpuls     Quantelung
       
m · v · r  =  n · h
2p
 = n ·  
h = Plancksches Wirkungsquantum = 6,626 · 10–34 Js
= H/2pi
 

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