Quantenmechanik und Atomphysik / Orbitaltheorie Flashcards
was kann man von einem Teilchen nicht gleichzeitig bestimmen?
Ort und Impuls
wie viele Orbitale kann es grundsätzlich auf einer Schale geben?
1 s-Orbital
3 p-Orbitale
5 d-Orbitale
7 f-Orbitale
Was ist ein quant?
Photon?
minimale Menge einer physikalischen Einheit, die an einer Interaktion beteiligt ist, physikalische Einheit wie Energie ist gequantelt, kann nur diskrete Werte annehmen, keine kontinuierlichen
z.B. Plancksches Wirkungsquantum h
Photon: einzelner Lichtquant (elektromagnetischer Quant)
Weshalb sind Atome bzw. Materie stabil?
Elektronen existieren nur bei diskretem Energieniveau in einem Atom
aus was besteht ein Atom?
Kern mit Protonen und Neutronen + Hülle mi Elektronen
worauf beruht Negativität bzw. Posititivität d. Bestandteile des Atoms?
Elementarladung e = 1,6*10^-19 Coulomb –> kleinstmögliche elektrische Ladung!
Unterschied p von e?
p ist um vielfaches größer, 2000-mal schwerer, viel leichter zu lokalisieren
e hält sich in Orbitalen auf, nicht exakt lokalisierbar (Heisenbergsche Unschärferelation)
Was ist ein Atom?
kleinste grundlegende Einheit normaler MAterie, hat Eigenschaft eines chemischen Elements, unteilbar
gibt es elementare Einheiten, die nicht unbedingt Eigenschaften eines chemischen Elements innehaben?
ja, jegliche Materie auf der Welt ist aus elementaren Teilchen aufgebaut, außer Atome: Quarks und Leptone (Fermione)
+ Photone, Gluone, Z Boson, etc (Eichboson) + Higgs-Boson
was sind Fermione / Eichbosons?
Fermione: machen grundmasse der Materie aus
Eichbosons: Elementarteilchen, die alle ver Grundkräfte der Physik verursachen
aus was bestehen protone und neutrone?
aus was besteht Elektron?
aus den Quarks,
Proton aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark
Neutron aus einem Up-Quark und zwei Down-Quarks
Elektron ist Lepton
alle drei Fermionen der ersten Generation
unter welchen vier Grundkräften der Natur unterliegt das Atom?
der schwachen, starken und elektromagnetischen Wechselwirkung und der Gravitation
Wann können Quarks nur existieren?
wenn sie durch starke Wechselwirkung zusammengehaltn werden –> hält p und n zusammen
unter welchen Kräften liegen die Leptone?
unterliegen der schwachen wechselwirkung + Gravitation
welche Wechselwirkungen vermitteln Eichbosonen?
schwache starke und elektromagnetische Wechselwirkungen + Gravitation, stellen austauschteilchen dar
Photon ist masselos
was ist antimaterie / antiteilchen?
antimaterie besteht aus antiteilchen, diese haben dieselbe Masse, Lebensdauer + Spinquantenzahl wie ihr korrespondierendes Elementarteilen aus der nomalen Materie, haben entgegengesetzte Ladung!
zu allen teilchen gibt es antiteilchen!
Protonen positive Ladung, Antiprotonen negativ
was umkreisen den Atomkern bei Antimaterie?
positiv geladene Positrone statt negativ geladene e
was passiert wenn Teilchen und Antiteilchen aufeinandertreffen?
vernichten sich gegenseitig = Annihilatoin –> entstehung von starken elektromagnetischen Strahlen (Photone!) wie Gammastrahlung oder Neutrinos
oder gehen in ein neues teilchen-antiteilchen-paar über
was macht antimaterie aus?
teilchen und antiteilchen unterliegen einer vollständigen symmetrie, bestehen aus genau denselben teilchen wie normale materie, jedoch mit entgegengesetzter Elementarladung
Wie entstehen Antiteilchen?
kommen in Natur nicht vor, entstehen beim beta-Zerfall und beim Eintritt von Kosmischer Strahlung in Erdatmosphäre
was gibt die Hauptquantenzahl n an?
gibt Schale an in dem sich e befindet
je größer Hauptquantenzahl, umso…?
…umso weiter ist das e vom kern entfernt und esto niedriger ist die energie, mit der Elektron am Kern gebunden ist
was geben Orbitale an?
Aufenthaltswahrscheinlichkeit der enthaltenen e
starke wechselwirkung
(1) wo wirkt sie?
(2) in welchem bereich wirkt sie?
(3) wie stark ist sie?
(4) wann ist der kern instabil?
(1) zwischen den Quarks eins Nukleons (zusammenhalt Protone und Neutrone)
(2) im femtometerbereich (10^-15m)
(3) 100x stärker als Elektromagnetismus, 1000x stärker als Gravitaton, 1 Mio x stärker wie schwache Wechselwirkung
(4) wenn zu viele p in relation zu n, bzw zu viele n in relation zu p
schwache wechselwirkung
(1) wo liegt sie zugrunde?
(2) wo hat sie ihre elementare bedeutung?
(3) was vermittelt sie?
(1) radio aktivem zerfall, besonders beta-zerfall, findet nur in sehr kleinen, subatomaren Abständen statt
(2) Kernfusion in der sonne bzw sternen
(3) umwandlug von einer Art Nukleon in eine andere
worin liegt der ursprung der kernkräfte?
in wechselwirkungen zwischen den nukleonenaufbauenden quarks
was entsteht bei der paarbildung?
teilchen und antiteilchen aus einem energiereichen photon
was versteht man unter kernspaltung?
ein größerer schwererer atomkern spaltet sich in zwei oder mehrere leichtere atomkerne, dabei wird eine menge energie (kinetisch) frei zahl von p und n bleiben erhalten
–> Kernreaktion oder radioaktiver zerfallsprozess
- Differenz der bindungsenergien der beteiligten kerne entspricht der bei der spaltung freigesetzten energie
was erzeugt der spaltungsprozess noch?
freie neutronen + gamma-photonen
was passiert bei neutroninduzierte kernspaltung?
kommt atomkern so nahe, dass es von diesem absorbiert wird –> bindungsenergie des atomkerns seigt derart an, dass es sich spaltet (kernwaffen, atombombe)
was versteht man unter kernfusion?
zwei oder mehrere kerne werden zu einem verschmolzen, gegenstück zur kernspaltung, bindungsenergie wird ebenfalls fei
wann sind stoffe radioaktive stoffe?
wenn ihre kerne instabil sind und unter aussendung ionisierender strahlung radioaktiv zerfallen, stoffe verschwinden nicht sondern gehen in andere elemente über, können ebenfalls wieder radioaktiv sein
prozesse laufen zufällig ab, bei einzelnen atomen kann nur wahrscheinlichkeit von einem zerfall angegen werden
wie verringert sich die menge eines radioaktiven stoffes?
exponentiell mit der zeit
wie gefährlich ist ein radioaktiver stoff?
hängt von art des zerfalls ab + art von strahlung + häufigkeit der strahlung (aktivität)
Def.: Aktivität eines radioaktiven Stoffs?
Einheit?
gibt an wie oft dessen kerne pro zeiteinheit zerfallen, Einheit: becquerel (Bq)
zerfallsaktivität nimmt mit zeit ab
was kann für radioaktiven stoff angegeben werden?
halbwertszeit, jene zeit, nach der die hälfte des stoffes zerfallen ist,
wenn halbwertszeit kurz: viele zerfälle in kurzer zeit
was sind ionisierende strahlungen?
oft auch radioaktive strahlungen genannt, alle Arten von elektromagnetischer oder Teilchenstrahlung, die in der lage sind, atome zu ionisieren (also elektronen aus Atom zu entfernen) –> strahlung muss dazu sogenannte ionisierungsenergie aufbringen können –> notwendig um elektron aus coulomb-potenzial d. kerns zu bekommen
+ strahlungen, die bei radioaktiven Zerfällen frei werden
welche eleketronen können am leichtesten entfernt werden?
die äußeren
was sind nicht ionisierende strahlen?
elektromagnetische wellen, deren wellenlängen sich bereich des lichts und darunter befinden
welche eigenschaften haben die teilchen der alpha-strahlung?
relattiv massiv und verfügen über große ladungen –> gehen schnell in wechselwirkugnen ein
sind zu mehr ionisierungen imstande als die anderen strahlungsarten
was passiert mit energie der alpha-strahlung?
großteil geht durch ionisierung verloren
was passiert beim alpha-zerfall?
alpha-teilchen wird frei, das auch zwei p und zwei n besteht (2fach positiv geladen, hat keine e) –> masse: + 4, protonenanzahl: +2
welche eigenschaften haben die teilchen der beta-strahlung?
können direkt und indirekt ionisieren, energien der teilchen können direkt auf elektronen der materie übertragen werden, frei gewordenen elektronen haben hohe energie, werden als delta-elektronen bezeichnet –> könnnen weitere atome ionisieren
was passiert wenn beta+-Teilchen (positrone) auf elektronen (in materie) treffen?
paarvernichtung –> entstehung von photonen, stellen selbst wieder ionisierende strahlung dar
was passiert beim beta-minus-zerfall?
ein neutron im kern wir in p umgewandelt, protonenzahl ändert sich, massenzahl bleibt gleich
+ e entsteht –> Ausgleich, e verlässt als strahlung den kern –> beta-minus-zerfall
+ antineutrino entsteht –> wird auch emittiert
was passiert beim beta-plus-zerfall?
proton wird in neutron umgewandelt, massezahlt bleibt gleich, protonenzahl ändert sich
+ positives positron entsteht (masselos) –> ausgleich, verlälsst auch kern –> beta-plus-zerfall
+ neutrino ensteht, wird auch emittiert
welche eigenschaft haben die teilchen der gamma-strahlung?
–> bei elektromagnetischen strahlungen sind mögliche wechselwirkungen von deren wellenlänge abhängig
welche strahlung bei gammastrahlung ruft ionisierungen hervor?
ultraviolette strahlung –> energie der photone wird fast vollständig von elektronen aufgenommen
welche wechselwirkung bei der gamma-strahlung ist dominierend?
compton-streuung, verfügt über ausreichend energie, bruchteil reicht aus zur ionisation! photone verfügen im anschluss über geringere energie, bzw. größere wellenlänge, können aber zu weiteren ionisationen fähig sein
welche strahlen sind immer ionisierend?
alpha und beta, gamma ab einer wellenlänge von 200nm
wie ionisieren alpha-strahlen?
indem elektronen durch teilchen mitgerissen werden
durch was kann beta-plus-strahlung in gammastrahlung umgewandelt werden?
paarvernichtung
was passiert wenn beta-minus-strahlen mit elektronen zusammenstoßen?
e verlassen kern und können als delta-elektronen selbst wieder ionisieren
was kann durch abbremsung der atomkerne von beta-strahlung im elektrischen feld passieren?
bremsstrahlung kann im bereich der gammastrahlung erzeugt werden
was können gamma-strahlen?
können energie an elektronen abgeben und diese dadurch aus kern entfernen
was passiert bei gammazerfall?
entstehnder tochterkern bei einem zerfall ist nicht direkt im grundzustand, sondern zunächst noch energiereicher –> angeregter zustand
beim übergang von angeregtem zustand in grundzustand wir elektromagnetische gamma-strahlung frei, oft begleiteffekt radioaktiver zerfälle
3 phänomene der gamma-strahlung?
- photoeffekt (bis ca. 1MeV)
- compton-effekt (von ca. 1Mev-5Mev) (Streuung von photonen, trifft photon auf e, wird e weggestoßen
- Paarbildung (ab ca. 5MeV)
–> ionisiert ab einer wellenlänge von 250nm keine atome mehr
was versteht man von absorption von ionisierender strahlung?
eindringen von radioaktiven Stoffen in andere materialien und ihrer fähigkeit zur ionisation von atomen in der tiefe der materialien
reichweite der verschiedenen strahlungsarten in der luft
(1) alpha-strahlung
(2) beta-strahlung
(3) gamma-strahlung
(1) ca. 30mm
(2) ca 8-700cm
(3) unendlich
welche strahlung wird am stärksten absorbiert?
alpha-strahlen, direkt danach beta-strahlen
was ist kosmische strahlung?
hochenergetische strahlung, die hauptsächlich aus protonen besteht, aber auch aus e und ionen
woher hat die kosmische ihren ursprung?
größtenteils außerhalb unseres sonnensystems + weit entfernten galaxien, stammt aus supernovae
was passiert wenn kosmische strahlung die erdatmosphäre erreicht
kann aus vorliegenden gasen schauer erzeugen, die wiederum an erdoberfläche gelangen können
–> es entsteht sekundärstrahlung
was für eine strahlungsbelastung hat kosmische strahlung?
natürliche strahlungsbelastung mit dosis von 0,3mSv pro jahr
