Hart van de Materie 12: Atoomstructuur en kwantummechanica 1: Van wolkje tot donderslag bij heldere hemel

Aan het einde van de negentiende eeuw heerste er een zekere voldoening in natuurkundige kringen. De mechanica van Newton had al lang zijn bruikbaarheid bewezen, Maxwell had net met zijn wetten het elektromagnetisme onderbouwd, en de thermodynamica bloeide als nooit tevoren dankzij de vele industriële toepassingen die het licht zagen. De fysica was een vredig wetenschapsdomein. Zo vredig zelfs, dat de beroemde fysicus Sir William Thompson, Lord Kelvin (1824-1907), er in een van zijn lezingen (getiteld Nineteenth-Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light) op wees, dat er slechts nog enkele “wolkjes” overbleven die nog moesten worden opgelost. Albert Michelson (1852-1931) stelde het nog iets sterker: “De belangrijkste fundamentele wetten en feiten van de fysica zijn nu alle ontdekt, en ze zijn zo stevig onderbouwd dat de kans dat ze ooit door nieuwe ontdekkingen zouden worden opzijgeschoven, bijzonder klein is.”

Het leek erop dat de fysica in staat was, om de materiële wereld tot ieders voldoening te beschrijven – en dat was ook de boodschap die de jonge Max Planck, een van de helden van de kwantummechanica, meekreeg van zijn professor, Philipp Von Jolly: “De wetenschap is een vrijwel voltooide kennis van de natuur.” Draaide dat even anders uit.

William Thomson, Lord Kelvin
(26 juni 1824, Belfast, Noord-Ierland, Groot-Brittannië – 17 december 1907, Ayrshire, Schotland, Groot-Brittannië). Dee veelzijdige wetenschapper droeg bij aan de wiskundige beschrijving van onze toenmalige kennis van elektriciteit, aan de formulering en interpretatie van de eerste en tweede hoofdwet van de thermodynamica. Zo ontwikkelde hij het idee van het absolute temperatuursnulpunt. Ook de term kinetische energie is door Lord Kelvin bedacht. Daarnaast toonde hij zich ook bijzonder capabel om praktische problemen en technische opdrachten aan te pakken. Zo leverde hij een onmisbare bijdrage aan de constructie van de trans-Atlantische telegrafiekabel (waarvoor hij in 1866 geridderd werd), verbeterde hij het zeemanskompas en ontwikkelde hij een telegraaf voor duikboten, in staat om elke 3,5 seconden een teken te versturen.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 21/04/2017 om 23:29

Hart van de Materie 11: Van Rutherford naar Bohr: het atoommodel groeit op

Nu we meer weten over de samenstelling van de kern, wordt het tijd om weer de blik op het hele atoom te richten. Tijdens de eerste vijftien jaren van de twintigste eeuw volgden er een hele reeks modellen, waarvan we er reeds een aantal belichtten. Dus, hoewel we met het neutron reeds in 1936 waren aanbeland, keren we nog even op onze stappen terug en zetten we de verschillende atoommodellen nog eens op een rijtje.

We beginnen hierbij met het model van Gilbert Lewis. Hij ontwikkelde in 1902 zijn kubische model. Elk atoom wordt in dit model voorgesteld als een kubus waarvan de hoekpunten bezet kunnen worden door elektronen. Hij publiceert dit echter pas in 1916, in een briljante paper waarin ook typische chemische concepten als de octetregel en de Lewisstructuur worden uiteengezet. Volgens Lewis bestaat een atoom uit een essentieel binnenste deel (de kernel) dat niet deelneemt aan de chemische reactie en als geheel positiever geladen is dan het normale atoom, en een buitenste deel (de shell), die van nul tot en met acht elektronen kan bevatten. In moderne termen – die kernel bestaat uit het atoom zonder de buitenste laag elektronen (en daarvan zijn er maximaal acht aanwezig). Die acht elektronen zitten, nog volgens Lewis, symmetrisch ingeplant rondom die kernel. Bij wijze van voorbeeld zijn hier de voorstellingen van de elementen van de tweede periode (lithium tot fluor).

Lewis, G. N. The Atom and the Molecule. J. Am. Chem. Soc. 1916, 38, 762-785. Publiek domein.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 15/04/2017 om 17:12

Elke druppel telt

De lente is weer stilaan in het land, de zon slaagt er regelmatig in volop te schijnen en de vogels beginnen weer te fluiten. De natuur ontwaakt en de bomen staan in bloei, het seizoen van verse aardbeien, rode sappige tomaten en zoete mango breekt aan. Mango? Ja hoor. Samen met heel wat andere exotische producten is mango een vaste waarde geworden in de winkelrekken, net als papaya, ananas, kokosnoot, … vruchten die in ons land niet gedijen en gekweekt worden in warmere oorden.

Product Watervoetafdruk (l)
1 kg katoen 10 000
1 kg rijst 2 500
1 l melk 1 000
1 l bier 300
1 kg brood 1 600
1 kg rundsvlees 15 400
1 kg kip 3 000
1 ei 200
1 kop thee 30
1 kop koffie 140
1 glas bier (25 cl) 75

Lees verder...

Geplaatst door Marjolein op 13/04/2017 om 17:56

Hart van de Materie - Intermezzo: Wat iedereen zou mogen weten over atomen

Even samenvatten wat we nu weten.

  • Een element is een immaterieel gegeven. Het is een typologie, een soort. We stellen een element voor door een symbool uit één of twee letters (zoals H, waterstof, of He, helium). Een atoom van een element is wel een tastbaar object. Het bestaat uit een kern en een elektronenmantel rond die kern. De kern bestaat uit twee soorten nucleonen of kerndeeltjes: protonen (met een positieve lading) en neutronen (met een negatieve lading). Zoals we later bespreken, bestaan deze nucleonen zelf elk uit drie quarks.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 08/04/2017 om 23:31

Hart van de Materie 10: Gereedschap van de deeltjesjager - de massaspectrometer

Eerder in ons verhaal maakten we reeds kennis met de nevelkamer van Wilson. Maar het snel expanderende onderzoek naar de structuur van de materie had nood aan meer en vooral fijnere apparaten om op de vragen van de onderzoekers te antwoorden.

Het eerste toestel dat daarbij een belangrijke rol heeft gespeeld, was de massaspectrometer. We beginnen echter bij zijn kleine broer – de anodestraalbuis. Over de kathodestraalbuis hebben we het eerder al gehad: deze opstelling lag aan de basis van de ontdekking van het negatief geladen elektron. Hierbij zag men een straal ontstaan aan een kathode die dan doorheen een holle anode passeerde. Bij de anodestraalbuis gebeurde net het omgekeerde. De kathode is er een schijf met een gat in het midden, en de straal begint aan de anode. Kathodestraalbuizen zijn overigens meestal hoog vacuüm getrokken, terwijl er bij een anodestraal steeds wat gas moet aanwezig zijn.

De kathodestraalbuis waarmee Thomson zijn experimenten uitvoerde. Bron: J.J. Thomson, Philosophical Magazine, 44, 293 (1897). Publiek domein.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 31/03/2017 om 22:03

Pagina 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 11 - 12 - 13 - 14