Predictive power
Werbung
Das unfassbare Elektron Atommodell im gymnasialen Chemieunterricht • Erklärung des Periodensystems • Erklärung der chemischen Bindung • Beziehung zwischen der Teilchenwelt und der stofflichen Welt herstellen • Gedankenwelt der modernen Naturwissenschaften Bilder eines Atoms in Google Experimentelle Tatsachen E. Rutherford Nobelpreis für Physik 1908 Ionisierungsenergien Flammenfarben Linienspektren Periodensystem der Elemente Fragen • Warum fällt das Elektron nicht in den Kern? • Warum können Elektronen in einem Atom nur bestimmte Zustände einnehmen? • Ursache für die Periodizität in den Eigenschaften der Elemente. Mögliche Antworten • Schalenmodell (Bohr) Niels Bohr Nobelpreis für Physik 1922 Bohrsches Atommodell 1. Postulat: Elektronen können den Atomkern nur auf ganz bestimmten Kreisen umlaufen. Der Drehimpuls des Elektrons ist auf diesen Kreisen stets ein ganzzahliges Vielfaches des Drehimpulsquantums. 2. Postulat: Eine Änderung des Energiezustandes des Atoms kann nur durch den Übergang von einem stationären Zustand in einen anderen erfolgen. Die Frequenz der bei einem solchen Übergang ausgestrahlten bzw. absorbierten Strahlung ergibt sich aus der Differenz der beiden Energiezustände des Atoms. Bohrsches Atommodell Erkenntnistheorie Predictive power wissenschaftlicher Theorien Definition: The predictive power of a scientific theory refers to its ability to generate testable predictions. Theories with strong predictive power are highly valued, because the predictions can often encourage the falsification of the theory. The concept of predictive power differs from explanatory and descriptive power (where phenomena that are already known are retrospectively explained by a given theory) in that it allows a prospective test of theoretical understanding. Mögliche Antworten • Schalenmodell (Bohr) • Vollständige Lösung der Schrödingergleichung für alle Atome und Moleküle Schrödingergleichung Mögliche Antworten • Schalenmodell (Bohr) • Vollständige Lösung der Schrödingergleichung für alle Atome und Moleküle • Deskriptive Einführung eines Orbital- oder Wolkenmodells (Bsp. Kugelwolkenmodell) Periodensystem der Elemente Mögliche Antworten • Schalenmodell (Bohr) • Vollständige Lösung der Schrödingergleichung für alle Atome und Moleküle • Deskriptive Einführung eines Orbital- oder Wolkenmodells (z. B. Kugelwolkenmodell) • Stufengerechte Erklärung des Verhaltens von Elektronen in Atomen Anforderungen • Erklärung der Ursache für das Verhalten der Elektronen • Daraus folgende ursächliche Begründung aller bekannten experimentellen Tatsachen • Möglichkeit der Voraussage neuer Phänomene (predictive power) Gleichzeitige Bestimmung des Ortes und der Geschwindigkeit eines Autos Werner Heisenberg Nobelpreis für Physik 1933 Werner Heisenberg Das Bohrsche Atommodell widerspricht der Unschärfe-Beziehung Neue Beschreibung des Elektrons Wellencharakter des Elektrons theoretische Vorhersage Prinz Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie Louis de Broglie Wellencharakter des Elektrons Nachdem Albert Einstein die einseitige (!) Doktorarbeit von L. de Broglie gelesen hatte, schrieb er an Max Born: „Das müssen Sie lesen! Wenn es auch verrückt aussieht, so ist es doch durchaus gediegen“. Wellencharakter des Elektrons experimenteller Nachweis Ergebnis des Versuches Interferenz der Elektronenwellen Elektron als Welle mathematische Beschreibung Erwin Schrödinger Nobelpreis für Physik 1933 Elektron als Welle eingesperrt in einem Atom Eindimensionale stehende Wellen Elektron als Welle eingesperrt in einem Atom Zweidimensionale stehende Wellen Zweidimensionale stehende Wellen Trommelfell Elektron als Welle Deutung der Wellenfunktion Max Born Nobelpreis für Physik 1954 Elektron als Welle Aufenthaltswahrscheinlichkeit Zweidimensionale Wahrscheinlichkeitsfunktion © McGraw-Hill Companies Inc. Elektron als Welle Aufenthaltswahrscheinlichkeit Dreidimensionale Wahrscheinlichkeitsfunktion © Brooks/Cole - Thomson Elektron als Welle eingesperrt in einem Atom Dreidimensionale stehende Wellen Atomorbitale • Nur bestimmte Zustände sind möglich (diskretes Verhalten der Elektronen) • Elektronen fallen nicht in den Kern • Unschärfebeziehung ist erfüllt • Aufbauprinzip führt zu der Erklärung des Periodensystems Anforderungen • Erklärung der Ursache für das Verhalten der Elektronen (Kausalität) • Begründung aller experimentellen Tatsachen • Möglichkeit der Voraussage neuer Phänomene (predictive power) Moderne Quantentheorie • A priori Theorie mit hoher predictive power • Bildung
