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Die Materie

  • Arthur Haas
Part of the Verständliche Wissenschaft book series (VW, volume 20)

Zusammenfassung

Viel älter noch als alle wissenschaftliche Physik ist der Gedanke, daß die Materie aus winzigen Bestandteilen zusammengesetzt sei, die selbst nicht weiter teilbar sind, sich aber durch ihre Kleinheit jeder direkten Wahrnehmung entziehen. Schon um das Jahr 400 v. Chr. hat der griechische Philosoph Demokrit diese Vorstellung entwickelt und die kleinsten Bestandteile der Materie als Atome bezeichnet. Die aus dem Schöße der griechischen Philosophie hervorgegangene atomistische Idee hat sich durch viele Jahrhunderte lebendig erhalten und ist durch immer neue, wenn auch meist nur vereinzelte Anhänger weiter gepflegt worden. Gleichwohl ist sie bis zum Beginne des 19. Jahrhunderts nur eine spekulative Hypothese geblieben. In die exakte Wissenschaft fand sie erst Eingang, als sie im Jahre 1808 durch Dalton in Beziehung zu den von ihm entdeckten fundamentalen Gesetzmäßigkeiten der Chemie gebracht wurde.

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Notes

  1. 1.
    Wir gebrauchen hier den Ausdruck „Grundstoffarten“ statt „Grundstoffe“ im Hinblick auf die im 20. Jahrhundert entdeckte Tatsache der Isotopie. Vgl. Abschnitt 63.Google Scholar
  2. 1.
    Über die Gründe, aus denen die Richtigkeit dieser Annahme erhellt, vgl. Abschnitt 71.Google Scholar
  3. 1.
    Bei Silber liegen die Verhältnisse allerdings insoferne einfach, als es sich hier um einen einwertigen Grundstoff handelt. Man nennt ein Element dann einwertig, wenn sich je ein Atom davon mit je einem Atom Wasserstoff verbindet. Hingegen ist z. B. Sauerstoff zweiwertig und Stickstoff dreiwertig, weil sich ein Sauerstoffatom mit je zwei und ein Stickstoffatom mit je drei Wasserstoffatomen verbindet (Wasser bzw. Ammoniak). Von einem zweiwertigen Grundstoff werden bei der Elektrolyse durch die gleiche Elektrizitätsmenge nur halb soviel Atome ausgeschieden wie bei Silber, von einem dreiwertigen nur ein Drittel. Wir müssen daraus schließen, daß bei der Elektrolyse einem zweiwertigen Atom zwei, einem dreiwertigen drei Elementarladungen anhaften usw.Google Scholar
  4. 2.
    Natürlich nicht zu verwechseln mit dem elementaren Wirkungsquantum!Google Scholar
  5. 3.
    Diese Bestimmungen benutzten langsam fallende, im Laboratorium erzeugte kleine Nebelwolken. Bei ihnen konnte man einerseits die Größe eines einzelnen Tropfens und somit bei gemessenem Gesamtgewicht einer Wolke die Zahl der Tropfen ermitteln; andererseits konnte die gesamte elektrische Ladung der Wolke bestimmt werden. Indem sie durch die Tropfenzahl dividiert wurde, ergab sich ungefähr das Elementarquantum.Google Scholar
  6. 1.
    Der große Widerstand, verursacht durch die Reibung der Luft, ist natürlich wiederum eine Folge der Kleinheit der Teilchen; er bewirkt es, daß die Fallbewegung praktisch beschleunigungsfrei mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt.Google Scholar
  7. 2.
    Wegen des Begriffs der Feldstärke sei an Abschnitt 22 erinnert.Google Scholar
  8. 1.
    Vgl. Abschnitt 18.Google Scholar
  9. 1.
    Vgl. Abschnitt 71.Google Scholar
  10. 2.
    Vgl. Abschnitt 72.Google Scholar
  11. 3.
    Es erklärt sich dies daraus, daß die am Beginne dieses Abschnittes angegebene sogenannte Faradaysche Konstante mit einer noch viel schärferen Genauigkeit bestimmt werden konnte.Google Scholar
  12. 1.
    Nach ihrem Vervollkommner werden solche Röhren gewöhnlich Geisslersche Röhren genannt.Google Scholar
  13. 1.
    Vgl. das in Abschnitt 18 über die Konvektionsströme Gesagte!Google Scholar
  14. 2.
    Vgl. Abschnitt 23.Google Scholar
  15. 1.
    Siehe Abschnitt 65.Google Scholar
  16. 1.
    Dies äußert sich dadurch, daß ein in der Nähe aufgestelltes Elektroskop seine Ladung verliert.Google Scholar
  17. 2.
    Die Herstellung metallischen Radiums ist allerdings erst viel später (1910) Frau Curie gelungen.Google Scholar
  18. 3.
    Hierüber und auch über die Massenzunahme s. Abschnitt 75.Google Scholar
  19. 4.
    Das Auge muß natürlich gut ausgeruht und seine Empfindlichkeit im Dunkeln bereits genügend gestiegen sein.Google Scholar
  20. 1.
    Die Ablenkung wird natürlich um so größer, je leichter das beeinflußte Teilchen ist.Google Scholar
  21. 2.
    Scintilla heißt auf Lateinisch der Funke. Bei der Beobachtung an einer Leuchtuhr prallen die von einzelnen Atomen der radioaktiven Substanz ausgesandten α-Teilchen gegen die Kristalle der Leuchtmasse.Google Scholar
  22. 1.
    Das Gas Helium wurde zuerst auf spektralanalytischem Wege in der Atmosphäre der Sonne (daher der Name; Helios = Sonne) entdeckt, und erst später in der irdischen Atmosphäre und dann in Mineralien und Quellen.Google Scholar
  23. 2.
    Denn ein neutraler Körper, der negative Ladung in bestimmtem Betrag abgibt, erlangt dadurch eine positive Ladung von gleichem Betrag.Google Scholar
  24. 3.
    Der Nachweis erfolgte auf spektroskopischem Wege.Google Scholar
  25. 1.
    Tatsächlich wird viermal soviel Helium produziert; aber hiervon entfällt nur ein Viertel auf Radium selbst, die anderen drei Viertel hingegen auf drei Umwandlungsprodukte des Radiums (Radium A, Radium B und Radium C).Google Scholar
  26. 2.
    Wegen des Begriffs des übersättigten Wasserdampfes vgl. Abschnitt 45.Google Scholar
  27. 1.
    Mittels einer von dem japanischen Physiker Shimizu ersonnenen Apparatur kann man die Bahnen der einzelnen α-Teilchen dem Auge eines Beobachters auch direkt wahrnehmbar machen.Google Scholar
  28. 1.
    Vgl. Abschnitt 17.Google Scholar
  29. 2.
    Das Rutherfordsche Atommodell ist etwas älter als die Wilsonschen Ergebnisse, die das Modell bestätigten.Google Scholar
  30. 1.
    Bekanntlich entsprechen dem normalen Luftdruck 760 mm Quecksilber.Google Scholar
  31. 2.
    Zu harte Strahlung liefert unscharfe Röntgenbilder, weil sie auch durch die Knochen hindurchgeht; ebenso muß aber auch zu weiche Strahlung vermieden werden, weil solche in den Muskelpartien absorbiert wird.Google Scholar
  32. 1.
    Auch in den besten Röhren wird kaum ein Prozent der Energie der Kathodenstrahlen in Röntgenstrahlung umgesetzt!Google Scholar
  33. 1.
    Messing ist als Antikathode hitzebeständiger als Zink.Google Scholar
  34. 2.
    Direkte, mittels der Kristalle ausgeführte röntgenspektroskopische Messungen ermöglichten bereits Moseley die Feststellung der natürlichen Reihe vom Natrium (Nr. 11) bis zum Ende (Nr. 92). Den Anfang der Reihe sowie die den Lücken entsprechenden Stellen bestimmte Moseley auf Grund der Atomgewichte und des periodischen Systems der Elemente. Spätere Messungen in dem Grenzgebiet zwischen den ultravioletten Strahlen und den Röntgenstrahlen gestatteten es, den Gang der Spektren von Natrium abwärts bis zu Helium zu verfolgen.Google Scholar
  35. 1.
    Die 1932 veröffentlichte Entdeckung der Elemente Nr. 85 und 87 (denen die Namen Alabanium und Virginium gegeben wurden) ist noch nicht sicher.Google Scholar
  36. 1.
    Bis zum Jahre 1927 hielt man die Edelgase für völlig „passiv“; erst seitdem lernte man verschiedene Verbindungen zwischen ihnen und anderen Elementen (z. B. Quecksilber) kennen. Die Edelgase sind erst seit dem Ende des 19. Jahrhunderts bekannt; sie wurden vor allem von Ramsay entdeckt.Google Scholar
  37. 1.
    Isos topos heißt auf griechisch der gleiche Platz (nämlich im periodischen System).Google Scholar
  38. 1.
    Zweifelhaft ist die Existenz eines dritten Chlor-Isotops vom Gewicht 39.Google Scholar
  39. 2.
    Die Konstanz des Mischungsgewichtes von Grundstoffen erklärt sich einerseits aus der Gleichheit des chemischen Verhaltens der Isotope, andererseits wohl aus dem ursprünglich gasförmigen Zustande der Erde.Google Scholar
  40. 1.
    Unter je vier Molekeln setzten sich eine aus zwei Wasserstoffatomen vom Gewicht 1, eine aus zwei Atomen vom Gewicht 2 und zwei aus ungleichen Paaren zusammen.Google Scholar
  41. 2.
    Vgl. Abschnitt 60.Google Scholar
  42. 1.
    Bei Radium C tritt eine Verzweigung der Umwandlungsreihe ein. Von je 10000 Radium-C-Atomen erfahren 4 eine α-, die übrigen hingegen eine β-Umwandlung. Schließlich werden aber sämtliche Atome zu Radium-D-Atomen.Google Scholar
  43. 1.
    Das Protactinium dürfte wieder zur Muttersubstanz das sogenannte Uran Y haben, das sich als Thorium-Isotop im Uran findet.Google Scholar
  44. 2.
    Besonders interessant ist, daß Samarium und Beryllium, wie man 1933 fand, α-Strahler sind.Google Scholar
  45. 3.
    Vgl. Abschnitt 59.Google Scholar
  46. 4.
    Vgl. Abschnitt 60.Google Scholar
  47. 1.
    Vgl. Abschnitt 76Google Scholar
  48. 1.
    Radium Cʹ entsteht durch β-Umwandlung aus dem Radium C und geht selbst unter α-Umwandlung in Radium D über.Google Scholar
  49. 2.
    Je höher die chemische Ordnungszahl (und somit das Atomgewicht) ist, desto stärker ist die abstoßende Kraft, die der positiv elektrische Atomkern auf ein ankommendes Proton oder α-Teilchen ausübt. Möglicherweise handelt es sich daher bei der Bleizertrümmerung um einen sekundären Effekt, der durch primär ausgelöste Neutronen (s. Abschnitt 66) hervorgerufen wird. 1 Der Durchmesser eines Wasserstoffatoms ist rund 10000mal größer als der eines Protons oder α-Teilchens.Google Scholar
  50. 1.
    Denn das Neutron hat die Masse 1 und die Ladung 0, hingegen das α-Teilchen die Masse 4 und die Ladung 2.Google Scholar
  51. 1.
    Das positive Elektron wird auch als Positron bezeichnet.Google Scholar
  52. 1.
    Nach dem Satze von der Erhaltung der Energie ist die Bewegungsenergie eines Elektrons, das eine bestimmte Spannung durchläuft, gleich dem Produkte aus dieser und der Ladung des Elektrons.Google Scholar
  53. 1.
    Von entscheidender Bedeutung ist dabei die Tatsache, daß die Masse eines Elektrons ganz gering gegenüber der Masse eines Atoms ist.Google Scholar
  54. 1.
    Vgl. Abschnitt 60.Google Scholar
  55. 1.
    Vgl. Abschnitt 8.Google Scholar
  56. 1.
    Vgl. die frühere Abb. 9.Google Scholar
  57. 1.
    Die Unterscheidung der verschiedenen optischen Serienarten ist jedoch älter als die Quantentheorie!Google Scholar
  58. 2.
    Für einen fünfquantigen Zustand gibt es noch eine fünfte Möglichkeit, und so fort.Google Scholar
  59. 3.
    Vgl. Tabelle 2 in Abschnitt 63.Google Scholar
  60. 1.
    Lorentz kannte damals natürlich noch nicht das elementare Wirkungsquantum, das merkwürdigerweise aus den die einfachste Form des Zeeman-Effektes beschreibenden Formeln „herausfällt“.Google Scholar
  61. 1.
    Selbstverständlich haben diese Ordnungszahlen nicht das geringste mit den Moseleyschen Ordnungszahlen zu tun!Google Scholar
  62. 2.
    Üblicherweise wird diese Linie durch das Symbol Hγ bezeichnet.Google Scholar
  63. 3.
    Durch starkes Erhitzen kann natürlich auch Ionisierung herbeigeführt werden.Google Scholar
  64. 4.
    Elektronenstrahlen, die von der Sonne ausgehen und durch das magnetische Feld der Erde in bestimmte Bahnen in den Polarregionen gezwungen werden, rufen das Polarlicht (Nord-bzw. Südlicht) hervor, indem sie bei ihrem Eindringen in die Atmosphäre diese zum Leuchten bringen. Die Polarlichter liegen ca. 100 km über der Erdoberfläche.Google Scholar
  65. 1.
    Zum ungefähren Verständnis des Paulischen Prinzips sei bemerkt, daß die Kennzeichnung eines Elektrons in quantentheoretischer Hinsicht vier verschiedene Quantenzahlen erfordert. Die erste ist diejenige, die wir hier als Quantenzahl schlechthin bezeichneten, die zweite entspricht unseren Buchstabensymbolen s, p, d, f, die dritte den beiden entgegengesetzten Möglichkeiten der Elektronenrotation, die vierte endlich der Möglichkeit der magnetischen Aufspaltung. Diese magnetische Quantenzahl kann, wie die Theorie zeigt, bei einem s-Elektron nur einen Wert annehmen, hingegen drei verschiedene bei einem p-, fünf verschiedene bei einem d-und sieben verschiedene bei einem f-Elektron. Das Paulische Prinzip oder „Pauli-Verbot“ besagt nun, daß in einem Atom nie zwei Elektronen in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen können.Google Scholar
  66. 1.
    Für Kreisbahnen wächst im Wasserstoffatom der Radius wie das Quadrat der Quantenzahl.Google Scholar
  67. 1.
    Im Hinblick auf die Unterscheidung einer K-, L-, M-und N-Serie in den Röntgenspektren bezeichnet man auch die einquantige Elektronengruppe als K-Gruppe (oder „K-Schale“), die zweiquantige als L-Gruppe, die drei-und vierquantige als M-und N-Gruppe usw.Google Scholar
  68. 2.
    Von besonderer Wichtigkeit ist in dieser Hinsicht auch ein Vergleich zwischen dem Spektrum eines neutralen Atoms und dem Spektrum des ionisierten Atoms von nächsthöherer Ordnungszahl.Google Scholar
  69. 3.
    Vgl. Abschnitt 3.Google Scholar
  70. 1.
    In sehr stark auflösenden Apparaten erweisen sich die Spektrallinien mancher Elemente, insbesondere solcher von hohem Atomgewicht, als zusammengesetzt, wobei die Intervalle wesentlich kleiner sind als diejenigen, die durch die Rotationen der Planetenelektronen begründet sind; diese „Hyperfeinstruktur“ ist also offenbar auf Wechselwirkungen zwischen den Atomkernen und den Planetenelektronen zurückzuführen.Google Scholar
  71. 1.
    Die Schrödingersche Wellengleichung, die die Grundlage seiner Mechanik bildet, ist eine sogenannte Differentialgleichung von einem Typus, der den Mathematikern schon längst bekannt war und der im allgemeinen endliche Lösungen nur dann zuläßt, wenn in der Gleichung auftretende Größen (Parameter) ganz bestimmte Werte besitzen; diese nennt man die „Eigenwerte“ der Gleichung. Den Eigenwerten der Schrödingerschen Grundgleichung entsprechen aber ganz bestimmte Werte der Energie.Google Scholar
  72. 1.
    Die Unterscheidung zwischen Wellen-und Quantenmechanik hat heute natürlich nur noch historische Bedeutung.Google Scholar
  73. 1.
    Vgl. Abschnitt 72.Google Scholar
  74. 2.
    Die Molekeln der Dämpfe der Elemente der ersten Gruppen des periodischen Systems sind fast durchwegs einatomig; bei Phosphor und Arsen wurden vieratomige, bei Schwefel gar achtatomige Molekeln festgestellt. Ozon ist eine dreiatomige Modifikation des Sauerstoffs.Google Scholar
  75. 3.
    Die Rotation der Protonen ist in diesem Falle von ganz derselben Art wie die früher besprochene Elektronenrotation; vgl. Abschnitt 68.Google Scholar
  76. 4.
    Also zwar parallel, aber hinsichtlich der Lage der Pole entgegengesetzt!Google Scholar
  77. 1.
    Als ein weiteres Beispiel sei noch angeführt, daß sich im Gitter des Diamanten stets je vier beliebig herausgegriffene benachbarte Kohlenstoffatome zu einem Tetraeder vereinigen lassen.Google Scholar
  78. 1.
    Vgl. Abschnitt 41.Google Scholar
  79. 2.
    Ein Mol Stickstoff (N2) wiegt z. B., da das Atomgewicht des Stickstoffs 14,008 beträgt, 28,016 Gramm; in 100 Gramm Stickstoff sind somit 3,569 Mole enthalten.Google Scholar
  80. 3.
    Vgl. Abschnitt 57.Google Scholar
  81. 4.
    Die Boltzmannsche Konstante spielt auch in dem Boltzmannschen Entropiegesetz (Abschnitt 44) eine wesentliche Rolle. Das Produkt aus ihr und dem (natürlichen) Logarithmus der (entsprechend definierten) statistischen Wahrscheinlichkeit stellt nämlich die Entropie dar.Google Scholar
  82. 1.
    Wir sprechen hier absichtlich von Atomen und nicht von Molekeln, im Hinblick auf die Vorstellung der Atomgitter.Google Scholar
  83. 1.
    Tatsächlich wird die spezifische Wärme bei konstantem Druck gemessen, die den für die spezifische Wärme bei konstantem Volumen geltenden Wert der dreifachen Gaskonstanten um etwa 10 v. H. übersteigt.Google Scholar
  84. 2.
    Vgl. Abschnitt 48.Google Scholar
  85. 3.
    Je leichter ein Atom ist, desto größer sind die Frequenz und die Energieelemente; darum sind auch die Anomalien bei den leichten Elementen besonders stark.Google Scholar
  86. 4.
    Die Lineardimension solcher Teilchen beträgt etwa 1/200 mm.Google Scholar
  87. 1.
    Vgl. Abschnitt 49.Google Scholar
  88. 1.
    Die Fermi-Statistik knüpft an das früher (Abschnitt 69) erwähnte Paulische Prinzip an.Google Scholar
  89. 1.
    Man denke z. B. an die Festlegung der Elektronenbahn im Wasserstoffatom; s. Abschnitt 67.Google Scholar
  90. 1.
    Der Michelsonsche Versuch wurde mehrmals wiederholt, so mit besonderer Genauigkeit im Jahre 1929.Google Scholar
  91. 2.
    In der ursprünglichen, der sogenannten „speziellen“ Relativitätstheorie aus dem Jahre 1905 galt dieses Prinzip allerdings nur für zwei gleichförmig gegeneinander bewegte Beobachter. Erst 1915 gelang Einstein die Aufstellung einer „allgemeinen“ Relativitätstheorie.Google Scholar
  92. 1.
    Gemessen wird durch die Ablenkung das Verhältnis zwischen der Ladung und der Masse. Da die Ladung von der Geschwindigkeit unabhängig ist, wird dieses Verhältnis mit wachsender Geschwindigkeit kleiner.Google Scholar
  93. 1.
    Vgl. Abschnitt 9.Google Scholar
  94. 1.
    Die auch als allgemeine Relativitätstheorie bezeichnete Einsteinsche Gravitationstheorie entstand 1915.Google Scholar
  95. 2.
    Selbstverständlich ist es unmöglich, eine Anschauung mit einer solchen abstrakten Vorstellung zu verbinden.Google Scholar
  96. 3.
    Vgl. Abschnitt 64.Google Scholar

Copyright information

© Julius Springer in Berlin 1933

Authors and Affiliations

  • Arthur Haas
    • 1
  1. 1.Universität in WienAustria

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