Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

Abschnitt 2.2 PHYSIK IV 61ist, wird sie als Grundgrößenart betrachtet. Als zugehörige Basiseinheit wird das Molvolumen eingeführt.Seine heutige allgemeine Definition, die auch für nicht-gasförmige Stoffe gilt, lautet:Ein Mol ist die Stoffmenge, die ebenso viele Teilchen (Atome oder Moleküle) enthält wie12 g Kohlenstoff 12 C.Die Zahl N A der Atome in der Stoffmenge 1 mol heißt Avogadro-Konstante (oder oft auch Loschmidt-Zahl nach dem östereichischen Physiker Joseph Loschmidt genannt, der N A als erster aus makroskopischenGasdaten berechnete). Ihr experimenteller Wert ist:N A = 6.022 141 99(47) × 10 23 mol −1 Avogadro-Konstante . (2.2.5)Die Masse pro Mol Kohlenstoff 12 C ist mit dieser Definition durchm mol ( 12 C) = 12 g/mol = A r ( 12 C) [g/mol]gegeben. Für ein beliebiges Element X giltm mol (X) = m a(X)AME AME · N A = A r [g/mol] , (2.2.6)da AME · N A = 1 g. Mit Hilfe der Avogadro-Konstanten kann ferner für ein Element X bei bekannterMassenzahl A r die Atommasse ermittelt werden zum a (X) = A r(X) [g/mol]N A. (2.2.7)Die Avogadro-Konstante kann man mit verschiedenen Methoden bestimmen, auf die wir hier nicht nähereingehen wollen. Man kann z.B. aus den Gasgesetzen die Gaskonstante R bestimmen und aus der barometrischenHöhenformel, der Diffusion oder aus Torsionsschwingungen die Boltzmann-Konstante k Bermitteln. Die Avogadro-Konstante erhält man dann zu N A = R/k B . Eine zweite Möglichkeit besteht inder Bestimmung der Faraday-Konstanten F durch Elektrolyse und in der Bestimmung der Elementarladunge mit Hilfe des Millikan-Versuchs. Man erhält dann N A = F/e. Eine weitere Möglichkeit bestehtin der genauen Bestimmung der Gitterkonstanten a eines z.B. kubischen Einkristalls mit Hilfe vonRöntgenbeugung. Die Avogadro-Konstante erhält man dann zu N A = V M /a 3 .Präzissionsmessungen der Atom- und Molekülmassen erfolgen heute mit Massenspektrographen. Dieseermöglichen eine Massenbestimmung bis zu einer Größenordnung von 10 −33 kg.Direkte Sichtbarmachung von AtomenHeute gibt es eine Vielzahl von Mikroskopietechniken, mit deren Hilfe es möglich ist, einzelne Atomedirekt sichtbar zu machen. Diese Techniken wurden erst in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts entwickelt.Im Einzelnen sind folgende Techniken zu nennen:1. Das Feldionenmikroskop,2. das Transmissionselektronenmikroskop,2003