Vragen module Nobelprijs
Mendelejev– periodiek systeem
Periodiek: Iets dat het zich op min of meer regelmatige tijdstippen herhaalt
In het periodiek systeem van Mendelejev zaten gaten. Aan de hand van deze gaten maakte Mendelejev voorspellingen welke elementen nog ontdekt moesten worden.
Daarbij kon Mendelejev voorspellen wat de eigenschappen (lijkt op een ander element) en massa ongeveer moesten zijn.
1. Leg uit op welk ander element het nog te ontdekken element in rij 4 kolom 3 zal lijken.
2. Geeft de ondergrens en bovengrens voor de massa van het nog te ontdekken element in rij 4 kolom 3.
Thompson – ontdekking elektron
Thompson had in een vacuüm buis een sterk elektrisch veld aangebracht. Op de rand van de buis (zie figuur, helemaal rechts) zat materiaal dat oplicht bij straling. Variaties op het experiment van de afbeelding:
a. Bij het omwisselen van + en - rechts in de figuur boog de straling naar beneden af.
b. Bij het omwisselen van + en – links in de figuur werd er geen straling waargenomen.
c. De uitkomt van het experiment was onafhankelijk van het metaal / materiaal van de + en - links in de figuur.
3. In de figuur is de baan van het elektron zichtbaar gemaakt. Thompson kon deze baan niet zien. Leg uit wat hij wel heeft waargenomen en hoe daar deze baan uit volgt.
4. Leg uit welke conclusie volgt uit variatie a.
5. Leg uit welke conclusie volgt uit variatie b.
6. Leg uit welke conclusie volgt uit variatie c.
Olie druppel experiement (Millikan & Fletcher)
Millikan is bekend geworden met het olie druppeltje experiment. Zie de schematische weergave hieronder.
In dit
experiment werden kleine druppels olie gestabiliseerd in een sterk elektrisch veld. De druppels olie met een elektron extra ondervonden een opwaartse kracht uit het elektrische veld die de zwaartekracht compenseert. Millikan kon de hoeveelheid spanning (volt) variëren. Via de microscoop was te zien hoeveel volt nodig was om de druppels precies te laten zweven. Via de microscoop werd ook de afmeting van de druppel bepaald en zo de zwaartekracht berekend.
De berekende zwaartekracht moet dus gelijk zijn aan de opwaartse elektrische kracht. Doordat het elektrisch veld bekend was, kon de lading van het elektron berekend worden.
7. De onderste plaat is geaard. Op de bovenste plaat staat volgens de
afbeelding “several thousand volts”. Leg uit of de bovenste plaat de + of de – pool is.
8. Leg uit of Millikan bij grotere druppels meer of minder spanning nodig had.
9. Sommige oliedruppels bleken (achteraf) twee elektronen extra te hebben. Leg uit wat de gevolgen daarvan waren op de berekende lading van het elektron.
Goud folie experiment (Rutherford)
In het goud folie experiment werd alfastraling op een hele dunne laag goudfolie geschoten. De meeste alfadeeltjes ging recht door de goud folie heen, ongeveer 1 op de 8000 alfadeeltjes kwam ergens anders terecht.
10. Leg uit welke waarneming je had verwacht met het model van Dalton (atomen zijn harde knikkers tegen elkaar aan gestapeld).
11. Leg uit welke waarneming je had verwacht met het model van positief geladen vrije ruimte waarin de elektronen zweven.
12. Leg uit waaruit blijkt dat een atoom wel een kern heeft, maar dat deze heel klein moet zijn ten opzichte van de beschikbare ruimte.
Hieronder een schematische weergave van het atoommodel van Rutherford.
Antwoorden
1. Atomen met vergelijkbare eigenschappen staan in kolommen. Het
ontbrekende element lijkt dus op Al (aluminium) gezien dat element er direct boven staat.
2. De elementen staan op massa. Het ontbrekende element staat tussen elementen met een massa van 40 en 48. Het ontbrekende elementen heeft dus een massa tussen 40 en 48.
3. Thompson zag alleen een puntje oplichten aan het eind van de buis, rechterkant van de illustratie.
4. Het afbuigen van de straling wordt bepaald door het elektrisch veld.
Omdraaien van het veld geeft omgekeerde beweging. (het had ook een zwaardekracht effect kunnen zijn of iets dergelijks). De straling buigt in de richting van de positieve elektrode. De straling wordt blijkbaar aangetrokken door positieve lading, dus de straling is negatief.
5. Bij de normale opstelling kan negatieve straling door het gat naar rechts gaan.
Bij het omdraaien van de polen kan positieve straling door het gat naar rechts gaan. Maar bij omdraaien wordt geen straling waargenomen, blijkbaar is er op deze manier geen positieve straling te maken.
6. Blijkbaar is deze manier van straling met alle metalen metalen mogelijk, de waargenomen straling is dus niet element specifiek.
7. In het experiment moet met het elektrisch veld een kracht naar boven wordt opgewerkt (om de zwaarte kracht te compenseren). Elektronen zijn negatief geladen, de plaat aan de bovenkant moet negatieve lading aantrekken dus is zelf positief geladen.
8. Grotere druppels zijn zwaarder dus ook meer zwaarte kracht. De lading van het elektron is constant, dus er is meer spanning nodig om met dezelfde lading meer kracht te hebben.
9. Bij het experiement kwam naar boven dat de gemeten lading steeds een veelvoud van een vast getal was. Het maakte daarbij niet uit hoeveel
elektronen in de druppel zaten, omdat er dan een van de veelvouden gemeten werd.
10. Bij het model van Dalton was het niet mogelijk tussen de atomen door te gaan, ook niet bij een folie. Alle straling was dus aan dezelfde kant van het folie gebleven.
11. Bij vrije ruimte was alle de straling rechtdoor gegaan omdat het onderhinderd het materiaal had kunnen passeren. Hooguit een (hele) kleine afbuiging door onderlinge elektrische krachten.
12. Bijna alle straling ging rechtdoor, slechts 1 op de 8000 ging een compleet andere kant op. Het kon ook terug, dus er moest tegen iets hards op gebotst worden. En omdat 7999 van de 8000 ongehinderd recht door ging, is blijkbaar de meeste ruimte vrij door te komen.
