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Atome

Quantenmechanik, Unschärfenrelation, Welle-Teilchen-Dualismus, Rechenmethoden sowie Interpretation der Quantenmechanik, Quantenfeldtheorie
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Atome

Beitrag von gravi » 10. Dez 2005, 19:20

Zwar habe ich noch keines gesehen, aber ich frage mich manchmal, welche Form mag eigentlich ein Atom haben?

Sind diese Winzlinge grundsätzlich rund?

Kubisch oder pyramidenförmig werden sie ja wohl nicht sein, oder? :?:

Vielleicht hat jemand eine... :idea:

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Beitrag von SchrödingersCAT » 10. Dez 2005, 19:52

Hmm..ob grundsätzlich rund, kann ich nicht sagen..im allgemeinen werden sie jedoch zeichnerisch rund dargestellt.

Kohlenstoffatome unter dem Elektronenrastermikroskop sehen auf jeden Fall im Verband aus wie Pingpongbälle im Eierkarton.

http://www.nano.geo.uni-muenchen.de/ext ... earch.html
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Beitrag von gravi » 11. Dez 2005, 12:02

Ein interessantes Bild!

Ich könnte mir jedoch auch vorstellen, dass bei nah zusammen liegenden Atomen sich die äußeren Elektronenwolken gegenseitig abstoßen und es dadurch zu geometrischen Verformungen kommt....?

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Orbitale

Beitrag von AlTheKingBundy » 11. Dez 2005, 15:30

Hallo, die "Form" der Atome ist durch die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten seiner Elektronen bestimmt. Beim Wasserstoffatom ist das recht einfach:

http://www.quantenwelt.de/atomphysik/mo ... tal_p.html

Bei komplexeren Atomen ist das eine Überlagerung verschiedener Orbitale und daher recht komplexer Gestalt.

Gruß Al

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Beitrag von gravi » 11. Dez 2005, 19:28

Die verschiedenen Orbitale sind mir durchaus geläufig - sollte man von Leuten die beruflich mit Chemie zu tun haben auch erwarten können :wink:

Ich habe jedoch schön öfter "echte" Aufnahmen von Oberflächen im atomaren Maßstab gesehen - auch diverser Elemente - und sah stets nur die Kugelform.

Möglicherweise rührt das von der Eigenbewegung der Atome bzw. der schnellen Elektronenbewegung, ein Orbital wird ja nicht fest im Raum orientiert "angeheftet" sein, sondern sicherlich auch rotieren...

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Beitrag von Len » 11. Dez 2005, 20:50

Wäre es dann nicht ein Rotationselipsoid? Auch wenn es so klein ist übt es ja eine Gravitation aus, so das es an den Polen abgeplattet ist. Oder dreht es sich einfach kreuz und quer, völlig chaotisch im Raum?

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Beitrag von gravi » 12. Dez 2005, 18:49

Das glaube ich eher weniger, denn die Gravitation spielt im atomaren Bereich keine Rolle, sie ist viel zu schwach. Maßgebend ist die elektromagnetische Kraft.

Ich vermute mal einfach, dass durch die Rotation der Atome sie selbst dann rund erscheinen, wenn sie durch Nachbaratome verzerrt werden (wir haben es dann ja auch mit Molekülverbänden zu tun, die sich beispielsweise Orbitale teilen).

Mir scheint, das Thema ist verzwickter als es auf den ersten Blick aussieht... :wink:

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Beitrag von gravi » 13. Dez 2005, 19:08

Einen exakten Kreis wird es sicherlich nicht beschreiben, man kann überhaupt nicht sagen, was es da genau macht.

Es hält sich in einer Orbitale auf, die eben nur eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit ist. Aufgrund der Unschärferelation lässt sich ein genauer Ort nicht festlegen, also auch keine exakte Bahn. Man kann höchstens eine Wahrscheinlichkeit angeben, mit der man es antreffen könnte.

Wie genau die Geschwindigkeit des Elektrons auf seinem Weg ist weiß ich jetzt auch nicht, ich glaube die ist nicht einmal so hoch. Wird sie vielleicht aus der de Broglie- Wellenlänge abgeleitet? Ist mir leider entfallen... :oops:

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Beitrag von Stephen » 14. Dez 2005, 21:02

Die Form einer (Fast-) Kugel hatte sich ja eigentlich durchgesetzt bisher - sowohl im Großen als auch im Kleinen. Es ist nun mal der mit Abstand stabilste Körper, den wir Menschen kennen. Eine quaderförmige Sonne wird's bestimmt auch nicht geben. Höchstwahrscheinlich...

Im Mikrokosmos müssen wir inzwischen wohl die "Fäden" akzeptieren, obwohl mir das persönlich irgendwie immer noch schwer fällt. Nicht das "Abstreiten" ansich, sondern ob wir von uns geprägte Strukturen wie Kegel, Kugel, Zylinder oder Quader überhaupt noch anwenden können im Mikrokosmos!

Liebe Grüße
Steffen
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Beitrag von Peter » 15. Dez 2005, 07:52

Ich meine Atome oder noch besser Elementarteilchen haben im gewissen Sinn keine Form. Ob nun letztere punktförmig angenommen oder als eindimensionale Fäden (Strings) oder unter der Einbeziehung der Plancklänge könnte man ihnen vielleicht auch eine Würfelform unterstellen, sie bleiben doch nicht vorstellbar.
Unsere Form-Vorstellungen sind nichts als Modelle. Die Wirklichkeit ist anders, berechenbar doch nicht immer in Bilder zu fassen.
Atome sind von ihrer Größe her zu nahe an der Elementarteilchenwelt, als dass es Sinn machen würde, sie mit uns bekannten großen Formen zu vergleichen.

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Beitrag von gravi » 15. Dez 2005, 19:43

Prinzipiell kann ich mich Deinen Aussagen, lieber Peter, anschließen.
Allerdings sind die Abmessungen eines Atoms eine völlig andere Größenordnung als die der Elementarteilchen. Bei letzteren hast Du Recht, da können wir nur von (Denk-)Modellen ausgehen.

Atome jedoch kann man heute durchaus "sichtbar" machen (z.B. mit einem Transmissions- Elektronenmikroskop) bzw. abbilden (sieh Dir mal den Link von SchrödingersCAT an!), und diese haben dann auch eine erkennbare Form.

Ob nun die Strings die allein seligmachenden Theorien sind, lassen wir mal offen. Diese Fädchen oder Membrane lassen sich garantiert nicht mehr abbilden, daher kann uns ihre Form auch "Wurst" sein :wink:

Peter

Beitrag von Peter » 23. Dez 2005, 16:16

Lieber Gravi, könnte man die Bilder eines Elektronenmikroskops nicht eher als Ansteigen und Abfallen der Energiedichte deuten?
Ich meine, es sind keine scharfen Grenzen erkennbar, keine vollkommen leeren Zwischenräume zu sehen.

Genaugenommen bestehen Elementarteilchen, aus denen ja Atome aufgebaut sind und deren Verteilung wohl die unterschiedlich zu erkennenden Formen verursacht, doch nur aus einer höheren Energiedichte als die der Umgebung, welche dann schnell abfällt, sich aber letztlich bis zum nächsten Elementarteilchen erstreckt, egal wie weit entfernt sich das befindet.

Auch wenn bisweilen ein Radius für Elektronen angegeben wird, so handelt es sich dabei meines Erachtens nur um eine grobe Grenzziehung einer Ausdehnung bis ins Unendliche bzw. bis zum nächsten Anschwellen der Energiedichte hin.

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Beitrag von Bhood » 6. Jan 2006, 12:19

Ich denke, dass sich Atome besonders in Molekülen verformen. Also, dass es darauf ankommt, wie elektronegativ z.B. das anliegende Atom ist und wie stark sich die Elektronenwolke dadurch verformt.
Zumindest als einfaches Modell kann man sich das so doch vorstellen.
Ich war sehr überrascht, als ich vor zwei Jahren im Chemiebuch einmal eine Tabelle fand, in der die Geschwindigkeit einiger Teilchen drinstand, also wie schnell sie sich durch den Raum bewegen. Ich weiß leider nichts genaueres drüber. Kann sein, dass es in einem ganz anderen Zusammenhang war. Jedenfalls war ich überrascht wie schnell ein so kleines Teilchen unterwegs sein kann... Falls ich mal wieder das Chemiebuch in die Hände bekomm schau ich genauer nach. :wink:
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Beitrag von gravi » 6. Jan 2006, 23:47

Au Mann, habe ich da ein Thema begonnen!

Es sollte eigentlich nur ein "Jux", Thema, zum Start des neuen Forums sein!!!!

Mir scheint jedoch, ich habe in ein Wespennest gestochen!

Sorry, momentan fehlt mir Zeit wegen Serverumstellung, aber das wird sich wieder ändern... :wink:
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Beitrag von AlTheKingBundy » 27. Jan 2006, 16:51

Ich würde da gerne etwas genauer werden wollen. Atome bestehen zu 99, weiß ich wieviel Prozent aus Nukleonen (Protonen und Neutronen) und Elektronen. Die paar Myonen, Mesonen und ander Exoten, die mal kurz da sind und wieder verschwinden, spielen keine Rolle. Der Kern (10 hoch -15 m), der aus Nukleonen besteht, ist 100 000 mal keliner als die Hülle (10 hoch -10 m), die durch die Elektronen gebildet wird. Was fest ist, ist Ansichtssache. Natürlich besteht das Atom im Sinne der kreisenden Atome im Wesentlichen aus Nichts (zwischen Kern und Elektron). In der Quantentheorie ist das jedoch komplett anders. Der Kern wird von einer Elektronenwolke umgeben, wobei die Wolke durch die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons bestimmt ist (bzw. der Elektronen). Das Elektron hat sogar bei manchen Orbitalen eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Kern selbst. In diesem Bild ist nicht klar definiert, was im Atom ausgefüllt ist und was nicht!

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Beitrag von gravi » 27. Jan 2006, 17:37

Da spielt ja sicher auch die Unschärfe eine Rolle.
Ich denke gerade an Eisen, das hat, wenn ich mich recht erinnere, 56 Elektronen.

Wenn die nun alles wie wild um den Atomkern kreisen, muss doch eigentlich zu jeder Zeit an jedem Ort der Elektronenwolke ein Teilchen anzutreffen sein. Ihre Orte sind ja alle "verschmiert". Damit erscheint das Atom dann vielleicht doch als kompaktes Etwas, und nicht nur als hauptsächlich aus Vakuum bestehend, oder?
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Beitrag von AlTheKingBundy » 27. Jan 2006, 17:44

Genau das wollte ich damit sagen :D

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Beitrag von gravi » 29. Jan 2006, 17:05

Die Unschärfe hat nichts mit der Trägheit unseres Auges zu tun.

Selbst wenn wir superschnell sehen könnten, was weiß ich mit 100 000 Bildern/sek oder so, könnten wir doch nicht die Elektronen in der Wolke erkennen und von einander unterscheiden.

Jedesmal, wenn wir sie beobachten, führen wir ihnen ja Energie zu (z.B. in Form von Licht, also Photonen), und diese nutzen sie, um sich unseren Blicken noch schneller zu entziehen.

Die verschiedenen Orbitale haben durchaus diskrete räumliche Konfigurationen, sie sind z.B hantelförmig. Zu sehen u.a. bei

http://www.quantenwelt.de/atomphysik/mo ... tal_d.html

Dennoch meine ich, dass uns die Atome stets kugelförmig erscheinen müssen, eben aufgrund der Unschärfe und der hohen Beweglichkeit
der Elektronenwolke.
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Beitrag von SchrödingersCAT » 31. Jan 2006, 11:59

Gravi, glaube auch, dass Atome immer rund sind.
Das ergibt nämlich die dichteste Packung und das grösste Volumen bei kleinster Oberfläche.
Das bestrebt die Natur immer. (Siehe Wassertröpfchen oder Planet)

Ich denke auch, dass es bei den Instabilen so ist. Die wollen zwar in etwas "Unrundes" zerfallen, aber
das in das sie zerfallen, dürfte wiederum rund sein. Also auch wenn Uran in Barium und Krypton zerfällt, sind
die Bariumatome wieder so anzuschauen, wie das Kohlenstoffatom.

Also: Atome = immer rund
Moleküle = durchaus auch unrund, je nachdem, wie sich die Atome anordnen.
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Beitrag von gravi » 31. Jan 2006, 18:18

Jo, das denke ich auch.

Hab schon öfter Aufnahmen gesehen, auch von großen Molekülen und Atomen. Das sieht stets alles sehr rund aus. Einfach auch deshalb, weil eben alles "verschmiert" ist und keine "Belichtungszeit" so kurz sein kann, dass man einzelne Elektronen quasi im Flug eingefroren sehen könnte.
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