Prouts Hypothese - Prout's hypothesis

Prouts Hypothese war ein Versuch des frühen 19. Jahrhunderts, die Existenz der verschiedenen chemischen Elemente durch eine Hypothese über die innere Struktur des Atoms zu erklären . In den Jahren 1815 und 1816 veröffentlichte der englische Chemiker William Prout zwei Veröffentlichungen, in denen er feststellte, dass die Atomgewichte , die für die damals bekannten Elemente gemessen worden waren, ganze Vielfache des Atomgewichts von Wasserstoff zu sein schienen . Er stellte dann die Hypothese auf, dass das Wasserstoffatom das einzige wirklich fundamentale Objekt sei, das er Protyle nannte , und dass die Atome anderer Elemente tatsächlich Gruppierungen verschiedener Anzahlen von Wasserstoffatomen seien.

Prouts Hypothese beeinflusste Ernest Rutherford, als es ihm 1917 gelang, mit Alpha-Teilchen Wasserstoffkerne aus Stickstoffatomen zu "klopfen", und schloss daraus, dass vielleicht die Kerne aller Elemente aus solchen Teilchen (dem Wasserstoffkern) bestehen, was in 1920 schlug er vor, Protonen zu nennen , aus dem Suffix "-on" für Teilchen, das an den Stamm von Prouts Wort "Protyle" angehängt wurde. Die von Rutherford diskutierte Annahme war, dass ein Kern aus Z+N=A-Protonen plus N-Elektronen besteht, die irgendwie darin gefangen sind, wodurch die positive Ladung auf +Z reduziert wird, wie beobachtet, und vage die Beta-Zerfalls-Radioaktivität erklärt. Es war bekannt, dass eine solche nukleare Konstitution weder der klassischen noch der frühen Quantendynamik widersprach, aber bis zur Neutronenhypothese von Rutherford und der Entdeckung durch Chadwick schien sie unvermeidlich.

Die Diskrepanz zwischen Prouts Hypothese und der bekannten Variation einiger Atomgewichte zu Werten weit von ganzzahligen Vielfachen von Wasserstoff wurde zwischen 1913 und 1932 durch die Entdeckung von Isotopen und Neutronen erklärt . Nach der Ganzzahlregel von Francis Aston ist Prouts Hypothese für Atommassen einzelner Isotope mit einem Fehler von höchstens 1% richtig .

Beeinflussen

Prouts Hypothese blieb in den 1820er Jahren einflussreich in der Chemie. Sorgfältigere Messungen der Atomgewichte, wie sie 1828 von Jöns Jakob Berzelius oder 1832 von Edward Turner zusammengestellt wurden, widerlegten jedoch die Hypothese. Insbesondere das Atomgewicht von Chlor , das 35,45-mal so groß ist wie das von Wasserstoff , konnte damals nicht mit Prouts Hypothese erklärt werden. Einige kamen mit der Ad-hoc- Behauptung, dass die Grundeinheit ein halbes Wasserstoffatom sei, aber es tauchten weitere Diskrepanzen auf. Dies führte zu der Hypothese, dass ein Viertel eines Wasserstoffatoms die gemeinsame Einheit ist. Obwohl sich herausstellte, dass sie falsch waren, katalysierten diese Vermutungen die weitere Messung von Atomgewichten.

Die Diskrepanz der Atomgewichte wurde 1919 als Folge des natürlichen Vorkommens mehrerer Isotope desselben Elements vermutet . FW Aston entdeckte mit einem Massenspektrographen mehrere stabile Isotope für zahlreiche Elemente . 1919 untersuchte Aston Neon mit ausreichender Auflösung, um zu zeigen, dass die beiden Isotopenmassen sehr nahe bei den ganzen Zahlen 20 und 22 liegen und dass keine der bekannten Molmasse (20,2) von Neongas entspricht.

1925 stellte sich heraus, dass das problematische Chlor aus den Isotopen ³⁵ Cl und ³⁷ Cl besteht , und zwar in einem solchen Verhältnis, dass das durchschnittliche Gewicht von natürlichem Chlor etwa das 35,45-fache von Wasserstoff betrug. Für alle Elemente wurde schließlich festgestellt, dass jedes einzelne Isotop der Massenzahl A eine Masse hat, die dem A- fachen der Masse eines Wasserstoffatoms sehr nahe kommt , mit einem Fehler von immer weniger als 1%. Dies ist ein Beinahe-Verfehlen der Richtigkeit von Prouts Gesetz. Dennoch wurde nicht gefunden, dass die Regel Isotopenmassen besser vorhersagt als diese für alle Isotope, hauptsächlich aufgrund von Massendefekten, die aus der Freisetzung von Bindungsenergie in Atomkernen bei ihrer Bildung resultieren .

Obwohl alle Elemente das Produkt der Kernfusion von Wasserstoff zu höheren Elementen sind, versteht man heute, dass Atome sowohl aus Protonen (Wasserstoffkernen) als auch aus Neutronen bestehen . Die moderne Version der Proutschen Regel besagt, dass die Atommasse eines Isotops der Protonenzahl (Ordnungszahl) Z und Neutronenzahl N gleich der Summe der Massen seiner konstituierenden Protonen und Neutronen abzüglich der Masse der Kernbindungsenergie, der Massendefekt . Gemäß der ganzen Zahl Regel durch vorgeschlagen Francis Aston ist die Masse eines Isotops grob, aber nicht genau, seine Massenzahl A ( Z  +  N ) mal eine atomare Masseneinheit (u), plus oder minus Bindungsenergie Diskrepanz - Atommasse Einheit ist die moderne Näherung für "Masse eines Protons, Neutrons oder Wasserstoffatoms". Zum Beispiel wiegen Eisen-56- Atome (die zu den höchsten Bindungsenergien gehören) nur etwa 99,1% so viel wie 56 Wasserstoffatome. Die fehlenden 0,9% der Masse stellen den Energieverlust dar, wenn der Eisenkern aus Wasserstoff im Inneren eines Sterns hergestellt wurde. (Siehe stellare Nukleosynthese .)

Literarische Anspielungen

In seinem 1891 Roman Die Doings von Raffles Haw , Arthur Conan Doyle spricht über Elemente in andere Elemente der abnehmenden Drehordnungszahl , bis eine graue Substanz erreicht ist.

In seinem 1959 Roman Leben und Schicksal , Vasily Grossman ‚s Hauptfigur, der Physiker Viktor Shtrum, reflektiert auf Proutsche Hypothese über Wasserstoff der Ursprung anderer Elemente (und die gelungene Tatsache , dass Proutsche falsche Daten führten zu einer wesentlichen richtigen Schlussfolgerung) zu sein, wie er macht sich Sorgen über seine Unfähigkeit, seine eigene These zu formulieren.

Siehe auch

• Bindungsenergie

Verweise

Fußnoten

Zitate

Weiterlesen

Externe Links

• Die semiempirische Formel für Atommassen