• Save
Van Barnsteen tot Elektron
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Van Barnsteen tot Elektron

on

  • 629 views

Presentatie van de lezing die werd gegeven op 2 april 2011 in het kader van het jaar van de chemie.

Presentatie van de lezing die werd gegeven op 2 april 2011 in het kader van het jaar van de chemie.

Statistics

Views

Total Views
629
Views on SlideShare
629
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
0
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Van Barnsteen tot Elektron Van Barnsteen tot Elektron Presentation Transcript

  • “Van barnsteen tot elektron”Historisch overzicht van de ontdekking van de elektrischestructuur van de materieStuurgroep Sectie Onderwijs & Opleidingen in samenwerking met Sectie Historiek
  • 2Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsInhoud• Van Gilbert tot Stoney: Een molecule van elektriciteit• Van Dalton tot Thomson: De ontdekking van het elektron
  • 3Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsBarnsteen, de stralendeIn de oudheid wordt aan barnsteen magische krachten toegekend. Na wrijving trekt het lichte voorwerpen naar zich toe.Barnsteen of gele amberPlato noemt barnsteen omstreeks 400 voor Christus elektron wat Grieks is voor `het stralende .
  • 4Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsGilbert heeft 18 jaar gewacht met de publicatie van De Magnete. Hij vreesde dat het zijn artsenpraktijk zou schaden als zoubekend geraken dat hij zich met minder ernstige dingen dan geneeskunde bezig hield.Vader van de elektriciteitsleer door systematisch onderzoek van elektrische verschijnselen in gang te zetten en de methodiekaan te tonen hoe dit onderzoek dient te gebeuren.William Gilbert (1544-1603) - Electrics en Electricity
  • 5Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsBelangrijke uitvindingen in de periode tussen 1600 en 1800Sommige materialen hebben geleidende eigenschappen.Er is een onderscheid tussen geleiders en isolatoren.Elektrische geleiding
  • 6Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsBron: http://digilander.libero.it/calchic/pionieri2/dufay.htmlBelangrijke uitvindingen in de periode tussen 1600 en 1800Elektrische afstoting en aantrekking
  • 7Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsOtto von Guericke (1602–1686)Het opwekken van statische elektriciteitBelangrijke uitvindingen in de periode tussen 1600 en 1800De elektriseermachine
  • 8Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsBelangrijke uitvindingen in de periode tussen 1600 en 1800de Leidse flesHiermee is het mogelijk om relatief grote hoeveelheden elektriciteit te produceren en op te slaan
  • 9Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsEerste wetten van de elektriciteitsleerDe elektriciteitsleer verkrijgt een wiskundige formalisme.De elektrostatica zal snel uitgroeien tot een belangrijke tak binnen de fysica.
  • 10Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsGalvani besluit om de zenuwen van de achterpoten van kikkers open te leggen en merkt op dat de achterpoten plotselingkunnen samentrekken wanneer ze in contact komen met elektrische ontladingen.Een gravure van Galvani’s laboratoriummateriaal.Uit "De viribus electricitatis in motu musculari commentarius" (1791)Luigi Galvani (1737–1798)De kikkerbilletjes van Galvani (dierlijke elektriciteit)
  • 11Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsOnderzoek naar elektrische verschijnselen in de 18een 19eeeuw
  • 12Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsAlessandro Volta (1745–1827)In eerste instantie is Volta tegen de experimenten van Galvani, maar hij herneemt de experimenten en komt uiteindelijk ophet idee om zilveren en zinken schijven op elkaar te plaatsen.‘Ik heb een wonderlijk toestel uitgevonden. Het bestaat uit een zuil van 30, 40 of 60 paren van telkens een zilveren en daneen zinken schijf. Tussen elk paar bevindt zich een laagje vloeipapier dat in zout water gedrenkt werd.’De zuil van Volta
  • 13Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsNapoleon Bonaparte kwam op bezoek in het laboratorium van Volta omwille van het grote belang van zijn ontdekking.Volta kreeg de gouden medaille van het Institut des Sciences.De zuil van Volta
  • 14Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsVerschillende afbeeldingen van zuilen van Volta.Uit Philosophical Transactions of the Royal Society, 1800, p. 431.Experimenten met de zuil van Volta
  • 15Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsTelegraaf in Parijs Elektrische batterij in de Ecole PolytechniqueGrote batterijen in de 19e eeuw
  • 16Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsWilliam Nicholson en Anthony Carlisle ontbinden water in waterstofgas en zuurstofgas door een waterkolommetje van 5 cmhoog te verbinden via koperdraden aan de beide uiterste schijven van een batterij, bestaande uit 36 zilveren muntstukken vaneen halve kroon en evenveel zinkschijven.William Nicholson(1753–1815)Anthony Carlisle(1768–1840)‘Tot mijn verbazing stelde ik de ontwikkeling van een gasvast dat, alhoewel het in zeer kleine hoeveelheden vrijkwam aan zijn geur toch onmiskenbaar als waterstofgas teherkennen was’Onmiddellijk ontstond er een stroom kleine belletjes en welsteeds vanuit de plaats waar de draad, die met het zilververbonden was, in het water stak. De punt van de anderedraad werd zwart (door oxidatie van het koper)’‘Hoe is het mogelijk dat waterstof- en zuurstofgas op zo grote afstand van elkaar kunnen ontstaan?’De elektrolyse van water in 1800
  • 17Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsBaron Theodor von Grotthuss (1785–1822) beschouwt de voltazuil als een soort elektrische magneet.Deze theorie werd pas in 1887 toen Svante Arrhenius zijn werk over de dissociatie van in water opgeloste stoffenpubliceerdeArrhenius, S., “Über die Dissociation der in Wasser gelösten Stoffe.” Zeitschrift für Physikalische Chemie 1 (1887): 631–648.Eerste verklaring van elektrolyse in 1806Zuurstof wordt uit het water onttrokken en, kan door zich met positieve elektriciteit teverbinden, vrijkomen aan de positieve pool als zuurstofgas.Via een kettingreactie recombineert het achtergebleven waterstof dan met zuurstof totaan de negatieve pool waar het waterstof dat geen zuurstofpartner meer vindt doorverbinding met negatieve elektriciteit kan vrijkomen als waterstofgas.
  • 18Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsDe waterstof die achterblijft zet een kettingreactie in gang: ze onttrekt zuurstof aan een naburige watermolecule, waterstofkomt vrij, vormt water met zuurstof van een andere watermolecule waarbij opnieuw waterstof vrij komt.Eerste verklaring van elektrolyse in 1806De +-pool trekt de zuurstofzijde van de watermolecule aan en stoot de waterstofzijde af.Bij stroomdoorgang geeft de molecule, die zich het dichtst bij de positieve pool bevindt, haar zuurstof aan deze pool af.Deze zuurstof ontsnapt als zuurstofgas.De –-pool oefent tegengestelde krachten uit.Elk watermolecule wordt tussen beide polen op een bepaalde wijze georiënteerd.Dit gaat zo verder tot we bij de negatieve pool belanden: de waterstof die hier ontstaat verbindt zich met de negatieveelektriciteit van deze pool en verlaat de vloeistof als waterstof gas.Dit proces kan ook bij de negatieve pool beginnen. De opeenvolging van ontbinding en recombinatie gaat verder tot al hetwater ontleed is.
  • 19Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsDavy, professor chemie aan de “Royal Institution in London”, bouwt een batterij met meer dan 250 metallische platen. Metbehulp van de elektrolytische methoden isoleert hij metallisch kalium en natrium in 1807. Bovendien isoleert hij barium,magnesium, calcium en strontium.In 1807 kende het Institut de France hem er de door Napoleon ingestelde Voltaprijs toe.Als we aannemen dat elke verbinding het gevolg is van een streven naar evenwicht tussen de natuurlijke elektrischeenergieën van de componenten, dan zou de hoeveelheid en de intensiteit van de kunstmatige elektriciteit, die een voltazuilmoet leveren om dit evenwicht te verbreken, wel eens een maat voor de chemische affiniteit kunnen zijn.’Sir Humphry Davy (1778–1829)
  • 20Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsWilliam Hisinger(1766 – 1852)Berzelius integreerde de vele nieuwe kennis tot een samenhangend geheel. In 1802 leert hij Hisinger kennen,de eigenaar van een metaalgieterij en een man met een grote belangstelling voor chemie.Versuche betreffend die wirkung der elektrischen säule auf Salze und auf einige von ihren Basen1. als elektriciteit doorheen een vloeistof gaat, dan worden de constituenten van dezevloeistof van elkaar gescheiden;2. de substanties die aan een bepaalde pool vrijkomen zijn gelijkaardig. Aan de negatievepool komen brandbare stoffen en basen vrij en aan de positieve pool zuurstofgas, zurenen geoxideerde stoffen;3. de relatieve hoeveelheid stof die ontleed wordt, hangt af van de affiniteit van deconstituenten van deze stof voor elkaar en van de grootte van het oppervlak van depolen dat met de vloeistof in contact is; (Faraday zal 30 jaar later aantonen dat ze zichhier vergisten);4. de ontledingsverschijnselen worden o.m. bepaald door de affiniteit van de constituentenvoor de polen; (Faraday bewijst later dat de polen geen enkele actieve rol spelen in hetontledingsproces);5. de hoeveelheid ontlede stof is recht evenredig met de hoeveelheid elektriciteit die devloeistof doorlopen heeft; (eerste elektrolysewet van Faraday)Jöns Jakob Berzelius (1779–1848)
  • 21Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsMichael Faraday wordt assistent van Davy en volgt hem op. Tussen 1832 en 1834 voert hij een grondig en systematischonderzoek uit naar de invloed van elektriciteit op chemische verbindingen.Michael Faraday(1791–1867)Er is een eenvoudig en kwantitatief uit te drukken verband tussen de hoeveelheid stofdie ontleed wordt en de hoeveelheid elektriciteit die er doorheen gegaan is. Faradayneemt aan dat elektriciteit niet op zichzelf kan voorkomen. Hieruit volgt dat materiëledeeltjes slechts welbepaalde hoeveelheden ervan kunnen bezitten. In 1894 zullen depogingen om dit bedrag te meten, leidden tot een eerste definitie van de term elektron’Eerste elektrolysewetDe hoeveelheid ontleed materiaal door elektrolyse is recht evenredig met de absolutehoeveelheid elektriciteit die er door gestroomd is!Tweede elektrolysewetVoor een gegeven hoeveelheid elektriciteit is de massa van het gevormd materiaalrecht evenredig met de atoommassa van de betrokken elementen. (Het vermoeden vanhet bestaan van elektronen werd hierdoor versterkt!)De elektrolysewetten van Michael Faraday
  • 22Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsDe elektrolysewetten van Michael FaradayFaraday staat heel dicht bij de ontdekking van een ‘atoom van elektriciteit’, maar hij gelooft niet in atomen!
  • 23Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsJames Clerk Maxwell (1831-1879) verenigde de elektrische, de magnetische en de optische verschijnselen in één grotetheorieEr zijn drie fundamentele fysische grootheden. Naast de lichtsnelheid en de gravitatieconstante confronteert de Natuur ons,in het elektrolyseverschijnsel, met één welbepaalde minimale hoeveelheid elektriciteit die geheel onafhankelijk is van deaard van de lichamen waarmee ze verbonden is.’George Johnstone Stoney (1826-1911) voorspelt de term elektron in 1874‘Het is hoogst onwaarschijnlijk dat de theorie van de molecules of electricity’ in één ofandere vorm zou kunnen behouden worden, eens de ware natuur van de elektrolyse zalbegrepen zijn’In 1894 noemt Stoney de kleinste lading die in chemische processen kan voorkomen een ‘elektron‘!De elementaire lading
  • 24Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsInhoud• Van Gilbert tot Stoney: Een molecule van elektriciteit• Van Dalton tot Thomson: De ontdekking van het elektron
  • 25Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsWet van meervoudige verhoudingen1. Alle materie bestaat uit vaste, ondeelbare en niet samendrukbareatomen2. Elementen blijven onveranderd in chemische reacties3. Elk element heeft een eigen atoom4. Elk atoom wordt gekenmerkt door een relatief atoomgewicht!Het atoommodel van John DaltonJohn Dalton(1766–1844)A New System of Chemical Philosophy (1808)
  • 26Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsWilliam Prout(1785 - 1850)Prout, een geneesheer, stelt de hypothese dat alle elementen bestaan uit geheleveelvouden van waterstofatomen.Opmerking!Jean Servais Stas(1813 – 1891)Stas is een autoriteit op het gebied van atoommassabepalingen. Hij noemt op grondvan zijn eigen experimenten de hypothese van Prout in 1860 een zuivere illusie.De protè hulè van William Prout
  • 27Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsThomas Graham en de eenheid van de materieThomas Graham(1803–1869)Het is alsof de stoffen steeds meer op elkaar gaan gelijken naarmate zefijner over de ruimte verdeeld worden.In een vierde aggregatietoestand zou de materie wel eens uniformkunnen zijn en bestaan uit identieke atomen.
  • 28Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsDe symbolische scheikunde van Benjamin BrodieSir Benjamin Brodie(1783-1862)Vroeger kwamen er op Aarde primitievere elementen voortoen de temperatuur veel hoger was. Nadat de temperatuurgedaald was, konden hun verbindingen stabieler wordenen werden de thans bekende elementen en stoffen gevormd.
  • 29Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsJoseph von Fraunhofer(1787–1826)Ik ontdekte een ontelbaar aantal donkere lijnen waarvan sommige heel zwak zijn, maar andere zo donker dat ze haast zwartlijken.De donkere lijnen van Joseph von Fraunhofer
  • 30Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsDe donkere lijnen van Joseph von Fraunhofer
  • 31Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsRobert Wilhelm Bunsen(1811-1899)Gustav Robert Kirchhoff(1824-1887)“lk werk nu met Kirchhoff samen zodat we haast geen tijd meerhebben om te slapen! Kirchhoff heeft een wonderlijke ontdekkinggedaan (...) Hij heeft aangetoond dat de heldere lijnen in eenspectrum, dat met een kleurloze vlam werd bekomen, preciessamenvallen met de Fraunhoferlijnen. Je begrijpt dat we nu desamenstelling van de zon en van de sterren even nauwkeurigkunnen bepalen als chloride of sulfaat in het lab. Natuurlijk werktonze methode ook voor de aardse elementen. Geef me éénmilligram van een mengsel dat lithium, natrium, kalium, barium,strontium en calcium kan bevatten. Gewoon door te kijken kan ik jemet mijn apparaat zeggen welke van deze elementen aanwezigzijn”Bunsen aan zijn vroegere medewerker Henry RoscoeSpectroscopie: techniek en wetten
  • 32Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsSpectroscopie: techniek en wetten“Alle verbindingen van eenzelfde element leveren steeds dezelfde karakteristieke spectrale lijnen op als hetongebonden element en dit ongeacht de temperatuur of het type van de gebruikte vlam.”
  • 33Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsNorman Lockyer(1836-1920)“De opvatting dat elk chemisch element slechts één lijnenspectrum heeft is verkeerd. Elke verhoging van de temperatuurblijkt een vereenvoudiging met zich mee te brengen. Terwijl bij laboratoriumtemperaturen stoffen niet verder kunnenontleed worden dan de Daltonatomen, heeft de spectroscoop aangetoond dat bij hogere temperatuur nog fijnereconstituenten van de materie voorkomen.”Lockyer zegt dus dat een atoom een structuur heeft!Het probleem van de multipele spectra
  • 34Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsWilhelm Eduard Weber(1804-1891)In 1826 had Gustav Theodor Fechner (1801-1887) een atoom voorgesteld als eenminiatuurzonnestelsel. Weber neemt deze gedachte over, maar hij kent de bestanddelenvan een atoom een elektrische lading toe.“Zij ‘e’ het positief geladen deeltje en laten we het negatief geladen deeltje (dat een gelijke, maar tegengestelde ladingdraagt) voorstellen door ‘-e’. Laten we verder aannemen dat de massa van het atoom in hoofdzaak toe te schrijven isaan het negatief geladen deeltje en dat de massa van het positieve deeltje hiermee vergeleken dus verwaarloosbaar is.Het deeltje ‘-e’ kan dan beschouwd worden als zijnde in rust, terwijl het andere deeltje er omheen draait.”Deze hypothese werd door de theorie van Maxwell in de vergeethoek gedrongen!Wat is elektriciteit?
  • 35Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsHendrik Antoon Lorentz(1853–1928)“Ik kon een formule bekomen waaruit de dispersie volgt als ik aanneem dat in eenatoom een beweegbaar deeltje voorkomt met lading e en massa u.”Lorentz staat dus zeer dicht bij de theoretische ontdekking van het elektron!Hendrik Antoon Lorentz en Pieter Zeeman
  • 36Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsZeeman neemt in 1896 waar dat het spectrum van de elementenopgesplitst wordt wanneer de dampen aan het veld van eenkrachtige elektromagneet onderworpen worden.Pieter Zeeman(1865–1943)Hendrik Antoon Lorentz en Pieter ZeemanLorentz verklaart dit effect op grond van geladen massadeeltjes diein een atoom rond een evenwichtstoestand aan het trillen gebrachtkunnen worden.The Nobel Prize in Physics 1902 was awarded jointly to Hendrik Antoon Lorentz and Pieter Zeeman“in recognition of the extraordinary service they rendered by their researches into the influence of magnetism uponradiation phenomena”
  • 37Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsSir Joseph John Thomson1856 - 1940Op 29 april 1897 hield Joseph John Thomson (1852-1940) een ophefmakende lezing aan het Royal Institution te Londen.“Ik heb ontdekt dat atomen niet ondeelbaar zijn, maar dat er elektrisch geladen deeltjes uit losgeslagen kunnen worden; datdeze deeltjes voor alle atomen identiek zijn en dat hun massa meer dan duizend keer kleiner is dan de massa van het lichtsteatoom dat we kennen, nl. het waterstofatoom.”De ontdekking van het elektron
  • 38Zaterdag, 2april 2011Dag van het Chemie-onderwijsEpiloogWat is de natuur van een elektron? Trilt het, draait het?Enkele elektronenwaarschijnlijkheidsverdelingen voor het waterstofatoom.De oplossing was de kwantumfysica