Leitprogramm farbige Stoffe

Kapitel 2
Eine kleine Einführung in die Quantenchemie
Alles hängt vom Standpunkt ab oder: "Das Quant"
2. Eine kleine Einführung in die Quantenchemie
Kennen Sie das alte Spielzeug des Wetterhäuschens? Je nach Luftfeuchtigkeit tritt die leicht
bekleidete Frau oder der regenharte Mann aus der jeweiligen Tür, aber nie beide zugleich. Die
Sichtbarkeit der einen Figur schliesst also die Sichtbarkeit der andern aus. Einem verwandten
Phänomen begegnen wir bei der Untersuchung von Licht. Zuerst müssen wir aber etwas
weiter ausholen und uns fragen, was Licht eigentlich sei? Licht lässt sich mit Hilfe der
Wellentheorie beschreiben. Diese Theorie deutet Licht als elektromagnetische Welle, die sich
im Raum ausbreitet. Damit können viele typische Eigenschaften von Licht erklärt werden.
Der Physiker Max Planck erkannte um 1900, dass sich aber bereits das Spektrum des
Sonnenlichts nicht mehr mit dem Wellenmodell erklären lässt (wir werden in Abschnitt 2.3
Spektren von leuchtenden Gasen kennenlernen). Er schlug deshalb vor, dass Materie Licht
nur in Teilchen aufnehmen oder abgeben könne. Er bezeichnete diese Teilchen als Quanten.
Damit stehen wir vor einer paradoxen Situation. Wie kann Licht gleichzeitig eine
Wellenerscheinung und eine Ansammlung von Teilchen sein? Beide Sichtweisen lassen sich
ja experimentell bestätigen; aber beide zeigen offenbar nur eine Seite der Wirklichkeit. Der
Physiker Werner Heisenberg schreibt dazu: " Erst durch die Art der Beobachtung wird
entschieden, welche Züge der Natur bestimmt werden, und welche wir durch unsere
Beobachtung verwischen ". In dieser Beziehung haben Wetterhäuschen und Licht eine
Gemeinsamkeit: Es gibt Dinge, die für den Beobachter nie gleichzeitig Ereignis werden
können.
Lernziele:
1. Sie erleben typische Eigenschaften von Wellen. Sie befassen sich insbesondere mit dem
Begriff der elektromagnetischen Welle.
2. Sie erfahren Licht und Elektronen je als Welle und Teilchen. Sie wissen, dass Teilchen
und Welle nur zwei Modelle für dieselbe Realität sind.
3. Sie wissen, dass man den Aufenthaltsort von Elektronen nicht genau angeben kann. Es
gibt nur eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit.
4. Sie haben verstanden, dass man Elektronen im Wasserstoffatom als stehende Welle
betrachten kann.
5. Sie wissen, warum H 2 ein stabiles Molekül ist.
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