Einführung zum Atom

in den meisten themen müssen sie ziemlich fortgeschritten sein bevor sie anfangen können den philosophischen interessanten dinge zu bin ein arbeiter kenny fängt alles mit dem wohl philosophisch interessantesten teil des ganzen themas an und das ist dass atom die idee des atoms stand vom stamm von philosophen genau schauen die haben also über das atom philosophiert und jetzt fangen hier zum beispiel mal mit einem apfel an also das hier ist ein apfel und jetzt schneidet den apfel immer kleiner ja ich mache jetzt erstmal bisschen schöner damit er nicht wie ein herz aus sieht also wenn sich jetzt vorstellen sie schneiden den apfel immer kleiner halt erhalten sie am schluss ein so ein kleines teil dass sie nicht mehr weiter zerschneiden können ja die möglicherweise etwas suchst du dann ein messerscharfer zu machen und immer kleiner zu schneiden aber da atom ist erstmal ein philosophisches konstrukt es ist nur eine geistliche abstraktion die uns erlaubt eine menge von beobachtungen zu beschreiben wir werden noch sehen jedenfalls die philosophen dachten nun mal dass es einen witzigen teil eines apfels gibt den man nicht weiter zerschneiden kann dieses konstrukt gilt für jedes konstrukt für jedes element alles was du im universum passt und so bedeutet das wort atom auf griechisch einfach nicht schneit bar oder nicht teilbar nicht schneit war heute wissen wir dass das atom in wirklichkeit teilbar ist es ist also nicht so trivial das atrium ist also doch nicht die kleinste form von materie die wir kennen wir wissen heute ist ein trainer thomas noch kleineren teilchen besteht also wir haben hier nochmal das atom und dann haben wir noch ein neutronen und wir haben noch ein proton und dann gibt es noch die elektronen unwahrscheinlich sind sie damit schon vertraut sie kennen wahrscheinlich diese alten videos über atomare projekte und diese zeichnungen sehen dann meistens so aus hier drehen die dinge sich immer aufeinander hier zwischen das elektron dreht sich so den kern die allgemeine vorstellung dahinter und ich denke mir dass sie diese diese zeitungen auch heute noch benutzt werden sie haben also den kern in der mitte und der kern ist also in der mitte und der kern besteht aus neutronen und protonen und verschiedene kerne haben verschiedene neutronen und protonen und dann gibt es eben das orbit des elektronen kreis in einem orbit und um den kern und das war also die alte idee dass sie diese elektronen den kern umkreisen wie planeten die sonne umkreisen und es ist gezeigt worden dass das aber eine komplett falsche vorstellung ist das zeige ich euch demnächst der quantenmechanik werden wir lernen warum das falsch ist wenn wir das versuchen uns sofort zu stellen es entstehen dann wieder sprüche wenn sie versuchen ja auf jeden fall war dass die die originale idee die entspricht auch dem mainstream sowie ein atom eben aussieht als ich sagte also ein atom es für so fisch interessant warum ist das philosophisch interessant denn wenn wir jetzt ein atom uns anschauen ist verschwimmt die grenze zwischen unserer physischen realität und die aussage dass letztendlich alles nur information ist ein atom ist eben nicht so wie in gegenstand in unserem alltag ein teilchen kann ich also anschauen ich kann es berühren während der eine welle einfach etwas anderes ist ja wir werden der quantenmechanik sehen wir alles durcheinander kommt was auch die größe eines atoms betrifft was ist nun der richtige atom ihr können wir uns ein atom vorstellen zeigt euch mal hier ein bild eines atoms also mehr eine abbildung die kann man eigentlich überhaupt ein bild von einem atom machen stellte sich nämlich heraus dass atome kleiner ist als die wellenlänge des lichtes oder die wellen in größer sind als wahrscheinlich als die kleinsten atome aber wenn man es mit einem atom zu tun hat ist reflektiertes licht plötzlich ein viel zu großes instrument um das auch abzubilden das ist ja die abbildung eines helium atoms helium atom hat zwei protonen und zwei neutronen oder zumindest dieses jahr hat hat das also die roten klecksen stehen für protonen und die lila stehen für neutronen also diese befindet sich in der mitte des atoms und dieser ganze dunst außen herum das sind die elektronen und dieses vielleicht könnte das atomen elektronen verlieren oder auch mehrere elektronen verlieren du fragst dich vielleicht wir können diese zwei elektronen zu unscharf werden das sind doch irgendwie um das drumherum verschmiert und hier wird es eben philosophisch interessant man kann das ein weg eines elektrons nicht als orbit beschreiben die traditionelle idee war dass der pfad eines elektronen in einer kreisform ist und nur in einem viel größeren maßstab habe ich hier gezeichnet ist stellte sich dann heraus dass es bei einem elektron nicht genau weißt wo es sich befindet alles was du wissen kannst deine wahrscheinlichkeit verteilung also wo es wahrscheinlich ist wie es hier dargestellt bedeutet schwarzen höhere wahrscheinlichkeit also das elektron ist wahrscheinlicher hier aber dass elektronen könnte auch woanders sein es könnte außen seien allerdings mit einer geringen wahrscheinlichkeit diese funktion wo ein elektron ist heißt euro vital orbital nicht mit orbit verwechseln ob er das etwas anderes das ist ein orbital und orbit war so etwas wie hier so etwas wie die venus um die um die sonne kreist das ist physikalisch für uns einfach vorzustellen ein orbital ist eine mathematische wahrscheinlichkeit also eine funktion die und sagt wo sich das elektron wahrscheinlich befindet wir werden das uns in der quantenmechanik noch genauer anschauen das aber sehr sehr interessant das verhalten eines elektrons ist also wirklich völlig bizarr dass man es eigentlich gar nicht mehr ein teilchen nennen kann es ist ein teilchen aber nicht ein teilchen wie wir uns das vorstellen man kann sich aber genau sagen wo das elektroden ist kann überall sein es kann überall in diesen dunst hier sein wir werden später erfahren dass es verschiedene weisen von diensten gibt und mehr elektronen hinzufügen aber hier wird einfach erdrückend philosophisch interessant was ist eigentlich ein atom wie es eigentlich wirklichkeit definiert die ganze vorstellung von elektronen und protonen ist auf dem begriff ladung ausgelegt darüber schon mal geredet als wir das cologne gesetz gelernt haben die idee ist nun dass ein elektron eine negative ladung hat negativ und protonen haben eine positive ladung und elektronen hat keine ladung und das war wieder sehr verlockend im ursprünglichen modell ja man konnte sich vorstellen dass dieses ding hier zwei positive ladungen hat sagen wir zwei neutronen zwei protonen im atom dann haben wir positive ladungen hier und hier negative ladungen entgegengesetzte ladungen ziehen sich an und durch die geschwindigkeit drehten diese kann es in eine umlaufbahn ähnlich wie planeten um die sonne damit lässt sich das ganze wieder aus sie auch teilweise war die beiden elektronen vom kern entfernt ist so weit weg ist vom kern hat es auch mehr potentielle energie es wird sich auf den kern zu bewegen aber wegen der gesetze der quantenmechanik wird es sich nicht auf einem einfachen pfad bewegen sowie in so einem ort sondern das elektron hat die möglichkeit in wellen artiges verhalten je weiter weg die tat ist desto mehr potenzial hat es bis zum energie hat es naja jedenfalls wie erkennen sie nun was ein element das eigentlich ist woher wissen es jetzt also das helium ist ist es die anzahl der neutronen protonen oder der elektronen naja es ist die anzahl der protonen also wenn sie die anzahl der protonen in einem element kennen wissen sie was von elementes ist die anzahl der protonen definiert die ordnungszahl das ist die ordnungszahl atomic number wenn jetzt etwas vier protonen hat woher wissen wir was es dann ist dann schauen wir hier im periodensystem nach und du siehst das ist der release ist pirelli um genau hier links oben die ordnungszahl gestellt das sind diese kleinen zahlen hier oben und das unterscheidet ein atom von einem anderen atom wenn sie 15 protonen haben dann müssen sie jetzt ist phosphor sieben protonen haben dann ist es stickstoff stickstoff sie acht haben dann ist es sauerstoff so ist das element definiert dann werden wir in zukunft darüber reden was passiert mit der ladung wenn mehr elektronen verlieren das ändert nichts daran mit welchem element geld zu tun haben das element bleibt also gleich auch wenn sie die anzahl der neutronen ändern aber es führt zu einer anderen frage wie viele protonen und elektronen eben da sind wenn ein atom neutral ist dann bedeutet es dass die anzahl der elektronen die gleiche ist wie die wie die ordnungszahl wenn ich also ihr kohlenstoff nehme kunststoff hat die ordnungszahl sex und die massen zahl ist zwar ist 12 was bedeutet das nun dies bedeutet dass es ein neutrales teilchen oder ein neutrales atom erstmal ist also die ordnungszahl für kohlenstoff ist sex sagt uns genau wie viele protonen kohlenstoff hat also ich kann ein kleines nicht sehr genaues modell von kohlenstoff hier zeigen 123456 protonen sechs protonen in der mitte und jedes dieser protonen hat die atom masse 1 und das ist eine kleine ganz gerne bereich von einem kilogramm etwa 167 als sie noch - 27 also jedes dieser protonen hat eine atom asse von 1 eine atomare massen einheit das ungefähr 17 mal 10 hoch minus 27 kilogramm eine sehr kleine zahl eigentlich ist es fast unmöglich die darzustellen die zahl zwölf sagt mir dass die masse des gesamten kohlenstoffatoms 12 beträgt und das ist die masse aller protonen plus die masse aller neutronen zusammen jedes protonen hat eine automatische vom 1 und jedes neutronen hat einer masse von ebenfalls 1 die anzahl der protonen plus die anzahl der neutronen plus die anzahl der neutronen in diesem fall haben wir sechs protonen also müssen wir auch sechs neutronen haben sechs neutronen +6 protonen wo sind also die elektronen also das nato mit neutral das heißt dass proton hd gleiche positive ladung der elektronen negative ladung hat es hat also sechs protonen sechs elektronen 123456 sind noch die neutronen hier und dann wenn wir die elektronen zeichnen könnten gut ich könnt ihr noch einmal die sechs elektronen in einer kreisbahn einzeichnen 123456 bewegen sich in dieser unberechenbare weise wie wir es vorhin gelernt haben das interessante daran ist dass der großteil der atommafia sitzt sitzt hier in der mitte im kern wenn sich die menschen mit der atom asse beschäftigen sie festgestellt dass die masse hauptsächlich im zentrum setzt sony ignorieren die elektronen der grund dafür ist dass die masse eines protons das 1836 fache eines elektrons ist und wer also über die masse eines atoms nachdenken dann können wir eigentlich die masse der elektronen vernachlässigen ja es ist wirklich die masse der der protonen und elektronen eines atoms also die hauptsächlich die masse des kerns die die masse des atoms bestimmt wenn sie neues periodensystem sehen es die ordnungszahl hier oben die ist zum beispiel für sauerstoff 8 das bedeutet sauerstoff hat acht protonen silizium hat 14 also hat 14 protonen das bedeutet nun diese kleine zahl hier unten an kohlenstoff ist die 12 01 07 das ist das atom gewicht des kohlenstoffs was ist also saturn gewicht das atom gewicht von kohlenstoffatom gewicht von kohlenstoffs 12,01 07 07 das bedeutet dass nun heißt es nun dass kohlenstoff sechs protonen hat und der rest in 6,0 107 neutronen nein das bedeutet was anderes bedeutet wenn sie durchschnittlich alle verschiedenen kohlenstoffe auf dem planeten als sie da einen durchschnitt bilden dann erhalten sie diesen durchschnitt dass also der durchschnittliche ja die haupt form des kohlenstoffs haupt stoff des kohlenstoffs ist kohlenstoff 12.6 protonen und sechs neutronen ein isotop ist ein gleiches element mit einer unterschiedlichen anzahl der neutronen kohlenstoff isotop 14 ist sehr selten auf der erde und der durchschnitt und einen grundstoffen beträgt eben die 12 01 also nicht der einfache durchschnitt es gebe es mehr 10 14 dann wäre das durchschnittliche gewicht mehr an an 14 dran aber es gibt mehr kohlenstoff 12 und deswegen liegt der durchschnitt mehr an zwölf dran meiste kohlenstoff auf der erde hat im durchschnitt eben eine atom masse von 12 mache etwas mehr dass ängste durchschnitt 12 01 07 aber die idee eines isotops ist interessant und sie die zahl der neutronen dann ändert sich das element nichts erhalten ein anderes zu tobt eine andere version des elementes diese beiden versionen von kohlenstoff habe ich ihnen schon mal gezeigt dass gleichzeitig ist es eine philosophisch interessante betrachtungsweise die relative größe masse eines elektronisches sehr gering im vergleich zum kern also ein zwei tausendstel ungefähr der master eines atoms in die elektronen dann ist es noch schwer an elektronen genau zu beschreiben da kann ich einmal genau sagen wo das hat wo das elektron ist sie benötigen dazu nehmen hat wahrscheinlichkeit funktion also das meiste des atoms ist im kern das ist das interessante daran wenn man sich ein durchschnittliches atom anschaut so zum beispiel oder zwei atome die aneinander gebunden sind wie viel davon ist wirklich materie wenn ich sage materie das ist sehr abstrakt dann reden wir im wesentlichen über den kern zeigt sich also dass nur ein minimaler anteil des volumens eines atoms der kern ist das volumen eines atoms ist schwer zu definieren aber wenn man sich das volumen als detail vorstellt wo die elektronen zu 90 sind dann ist der kern in vielen fällen nur ein zehntausendstel des volumens eines atoms wenn sie darüber nachdenken wenn sie ihre hand auf eine herdplatte legen dann ist 99 99 prozent davon freiraum ist also vakuums es ist nichts hätten sie jetzt ultra kleine partikel wird die meisten von ihnen einfach doch sie ihm durchgehen so stelle ich mir eine frage bei unsere realität was ist da draußen überhaupt was ist eine tatsache was ist realität wenn wir alles auf die grundlegenden bausteine der atome bringen dann ist der großteil des raums vakuum man könnte weiter geradeaus durch das vakuum gehen an diesem maßstab auf diesem bild hier ist es ein phantom etr und femto meter und das ist das ausmaß des kerns an des helios atoms sein angsträumen entspricht 100000 femto metern nur die von der größe zu bekommen ein angstraum ist ja zehn hoch minus zehn meter so ist das atom etwa ein angstraum groß das helium atom ist noch viel viel viel viel viel kleiner sind flüssiges helium hätten dann ist die meisten meiste davon eigentlich gar nichts von einer eisenstange ist das meiste also einfach ein leerer raum und vielleicht gibt es noch viel mehr platz auch im zellkern drin das verblüffendste dabei ist dass die meisten dinge nicht wirklich solide sind sie sind in wirklichkeit nur leere raum sehen aber für uns solide aus wegen der art und weise wie das licht reflektiert wird eine möglichkeit ist alles nicht kann man das alles nicht berühren das meiste hier ist eigentlich freier raum