Re: nur ein paar kleine Bemerkungen
Geschrieben von Realo am 09. Mai 2001 15:41:43:
Als Antwort auf: Re: nur ein paar kleine Bemerkungen geschrieben von Dr. rer. nat. Augustin am 09. Mai 2001 10:51:53:
> Wenn die Quantenfeldtheorie so genau getestet ist, warum haben dann Hochdruck-Kohlendioxidlaser kontinuierliche Bandbreiten?
Es gibt hier garkeinen Widerspruch zur Quantenfeldtheorie. Einfache Quantenmachanik reicht uebrigen schon aus, um das zu verstehen. Das Stichwort ist die Verbreiterung von Spektrallinien.
Die Uebergaenge zwischen zwei Energienieaus E1 und E2 sind in Wirklichkeit nicht streng mono-
chromatische Spektrallinien mit der Resonanzfrequenz (E2 - E1)/h, sondern erscheinen
mit einer endlichen Linienverbreiterung. Diese wird im allgemeinen durch eine Linienform-
funktion beschrieben. Man unterscheidet:* Natuerliche Linienverbreiterung
Die klassische Strahlungsdaempfung ist gekennzeichnet durch die natuerliche Linienverbreiterung und die entsprechende Zerfallszeit der spontanen Emission.Quantenmechanisch betrachtet entspricht die Strahlungsdaempfung einer Stoerung des
Atoms durch die Nullpunkts-Schwankungen des elektromagnetischen Feldes, welche im
Vakuum immer vorhanden ist.* Verbreiterung durch strahlungsfreie Uebergaenge
* Druckverbreiterung (das scheint mir beim CO2-Hochdrucklaser ein wesentlicher Punkt zu sein)
* Doppler-Verbreiterung
Der Doppler-Effekt bewirkt, daß ein Beobachter nicht die von einem relativ zu ihm bewegten Atom ausgestrahlte Frequenz misst, sondern eine andere Frequenz, die von der Relativbewegung abhaengt.
In einem Gas gehorchen die Atome oder Molekuele einer Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung, die von der Temperatur und der Masse der Atome abhaengt.
> Wo bleiben die Abstände zwischen den "Bahnen". Warum kann man mittels Spannung (Starkeffekt) oder Magnetfeldstärke (Zeemaneffekt)die Spektrallinien aufspalten???
Das ist reine Quantenmechanik. Mit den Drehimpulsen (Bahndrehimpuls und Spin) der Huellenelktronen ist ein magnetisches Moment verknuepft. Da die Drehimpulse in der Quantenmechanik gequantelt sind, ergibt sich automatisch eine Quantelung des magnetischen Moments. Das fuehrt zu einer Aufspaltung der Spektrallinien. Das wird alles quantitativ korrekt durch die Quantenmechanik beschrieben.
> Warum durfte Ehrenhaft, der als erster auch Bruchteile der Elementarladung maß das nicht veröffentlichen???
Ich kenne diese Experimente von Ehrenhaft nicht.
Wenn es sich aber um Experimente des vorletzten Jahrhunderts handelt, so muss man von einer grossen Messungenauigkeit ausgehen. Natuerlich ist man heutzutage um viele Groessenordnungen genauer. Heute kann man dank der hohen Messgenauigkeit mit Sicherheit sagen, dass die Elemtarladung als kleinste Einheit korrekt ist, also Millikan recht gehabt hat. Er hat daher den Nobelpreis im Nachhinein auf jeden Fall verdient.
Allerdings haben die Bausteine des Protons und Neutrons - die Quarks - tatsaechlich drittelzahlige Elementarladungen. Das u-Quark hat die Ladung + 2/3 e und das d-Quark -1/3 e.
Das ist aber eine andere Geschichte und spielt fuer normalerweise keine Rolle, da Quarks in den Nukleonen gefangen sind und nur bei Temperaturen wie man sie kurz nach dem Urknall annimmt als freie Teilchen existieren koennen.
An Beschleunigern kann man diese Bedingungen schaffen.> Warum haben Atome verschiedene Dichte???
Der Begriff "Dichte" ist in Bezug auf Atome ein problematischer Begriff, da der Begriff Volumen
nicht klar definiert werden kann. Die Elektronenhuelle von Atomen wird durch eine Wellenfunktion beschrieben, welche eine Wahrscheinlichkeitsverteilung der Elektronen um den Atomkern bestimmt. Einen festen Rand gibt es nicht. Von Dichte kann man nur reden wenn man viele Atome zusammennimmt. Die Dichte eines Materials bestimmt sich dann aus der Masse im wesentlichen der Atomkerne und dem Abstand der Atomkerne. Dieser Abstand ist wiederum durch die
Energieniveaus der Elektronenhuelle bestimmt.> Warum kann Kohlenstoff fest aber Stickstof mit einem Elektron mehr schon gasförmig sein???
Diese Eigenschaft haengt von den Energieniveaus der Elektronen der Elektronenhuelle ab. Z.B. besitzen die Edelgase (z.B. Heliumatome) immer eine abgeschlossene Elektronenschale. Das ist ein energetisch sehr stabiler Zustand. Die Wechselwirkung zwischen Heliumatomen ist daher sehr schwach. Helium ist daher das Element mit dem niedrigsten Siedepunkt. Alkalimetallen und auch Wasserstoff fehlt hingegen gerade ein Elektron zur stabilen vollbesetzten Schale. Sie reagieren daher sehr leicht mit anderen Elementen (Bspl. Knallgasexplosion von Wasserstoff).
Die anderen Elemente bewegen sich i.a. zwischen diesen beiden Extremen.
Die Elemente oder auch Verbindungen, die bei Zimmertemperatur gasfoermig sind, haben also Huellenelektronen in einem relativ stabilen quantenmechanischen Energiezustand. Sie neigen daher nicht zu Wechselwirkungen.> Warum kann ich durch einfache Druckerhöhung oder Temperaturerhöhung aus Nichtmetallen Metalle machen (Schwarzer Phosphor).
Phosphor ist immer ein Nichtmetall, das drei allotrophe Hauptmodifikationen hat: weissen, roten und schwarzen Phosphor.
Warum man aber aus einer Form eine andere machen kann, kann man sich am Bild einer Doppelmulde
vorstellen. Das Minimum einer Mulde entspricht hier jeweils einem minimalen Energiezustand. Erhitzt man einen Stoff so kann man eventuell erreichen, dass er von einer Mulde in die andere huepfen kann, da er durch das Erhitzen aus dem Energieminimum angehoben wird.Chemisch entspricht das einer Umordnung der Atome.
Wenn man einen Diamanten verbrennt,
oder unter Druck aus Graphit Diamant macht, so ist das nichts anderes als ein Umordnen der Kohlenstoffatome, bzw. ein Huepfen von einem energetischen Minimum in das andere.> Warum ist Sauerstoff sowohl dia- als auch fast ferromagnetisch???
Sauerstoff ist paramagnetisch (es besitzt zwei ungepaarte Elektronen). Paramagnetismus
tritt in allen Substanzen mit ungepaarten Elektronen auf.
Die Spins der ungepaarten Elektronen koennen sich naemlich im Magnetfeld ausrichten.Diamagnetismus hat man immer. Nach dem Induktionsgesetz (das u.a. in den Maxwellgleichungen steckt), induziert das von aussen angelegte Magnetfeld Kreisstroeme, die wiederum ein Magnetfeld in entgegengesetzte Richtung erzeugen und so das Magnetfeld abschwaechen.
Bei Sauerstoff ueberwiegt aber der paramagnetische Effekt.
Ferromagnetisch ist Sauerstoff nicht.
> Warum tritt überhaupt Allotropie auf?
Siehe oben. Es muss verschiedene energetisch stabile Zustaende geben (Potentialmulden), die verschiedenen Molekuelstrukturen entsprechen.
> Warum haben Moleküle Banden- oder kontinuierliche Spektren
Molekuele haben zusaetzlich zu den Translationsfreiheitsgraden, Rotations- und Schwingungsfreiheitsgrade.
Diese fuehren zur zusaetzlichen Linienverbreiterung. Siehe auch oben.
Wenn sehr viele Spektrallinien endlicher Breite sich ueberlagern bzw. die Abstaende zwischen den einzelnen Spektrallinien sehr dicht werden, hat man schliesslich ein Kontinuum.> und vor allem warum verschwinden alle Eigenschaften der Atome vollständig??? Z.B. der Magnetismus beim Eisen oder Sauerstoff, der keine Weißschen Bezirke bildet???
Magnetismus ist ein Phaenomen, dass sich auf atomare Eigenschaften zurueckfuehren laesst.
Beim Para- und Ferromagneten sorgt eine Ausrichtung (ungepaarter) Huellenelektronenspins
fuer eine Magnetisierung. Der Spin ist natuerlich ein rein quantenmechansches Objekt.Der Magnetismus spiegelt also die quantenmechanischen Eigenschaften der Huelle-Elektronen und somit der Atome wieder.
> Warum immer Verdoppelung oder Halbierung von der Paarbildung (Annihilation) bis zu den Wassermembranen???
Diese Frage verstehe ich nicht. Welche Paarbildungen meinen Sie? Meinen Sie die Tatsache, dass aus dem Vakuum Teilchen und Antiteilchen nur paarweise erzeugt werden koennen, wie z.B. Elektron-Positronpaare.
Diese Tatsache kann man auf Lepton- bzw. Baryonzahlerhaltung der uns bekannten Wechselwirkungen zurueckfuehren. Aber wahrscheinlich meinen Sie etwas anderes.Viele Gruesse,
Realo