Archiv: Diese Seiten werden nicht mehr bearbeitet!
Exposystem Johanneum zur EXPO 2000 Alphabetischer Index unten
Die Natur als Erfindung des Menschen
Naturwissenschaften   Kristallphysik

"Modell und Wirklichkeit in der Physik, ein Beispiel aus der Kristallphysik", Bericht über einen Vortrag von Dr. Andreas Palmer, Berlin

Der Nickelfluorid-Kristall

Ni2F-Zelle Eine Elementarzelle des Nickelfluoridkristalls hat eine Breite von 4,65 Angström.
1 Angström = 10 -10 m =0.000 000 000 1 m = etwa 1 Atomradius
Vorhersage der Theorie: Wenn man von Zimmertemperatur auf -260C abkühlt, ist eine Verschiebung des Fluorions um 0.003 Angström zu erwarten.
Das ist so wenig, dass man es in diesem Bild gar nicht darstellen könnte, es wäre weniger als ein Pixel.
Damit musste bei diesem Versuch mit einer sehr großen Genauigkeit gemessen werden, wenn man diese Verschiebung nachweisen wollte.
Die Ausgangslage bei 20C wird auf 0 gesetzt.
Nach Abkühlung auf -260C hat sich die Stellung des Fluorions um 0.0025 Angström verändert. Beide Messungen konnten mit einem Standardfehler von nur 0.0006 Angström gemessen werden. Da sich die 2-sigma-Bereiche beider Messungen nicht überschneiden ist die Verschiebung der Fluorionen signifikant (auf dem dem 5%-Niveau.) nachgewiesen.

Bestrahlt man den Kristall statt mit Gammastrahlen mit Neutronenstrahlen, trennen sich die beiden Verteilungskurven ganz. Der Standardfehler liegt nur noch bei 0.0003 Angström und die Verschiebung ist hochsignifikant.
Anmerkung: Das Vokabular der beurteilenden Statistik wurde vom Vortragenden hier mehr umschrieben. Gemäß der Tradition des Johanneums in Beurteilender Statistik ist hier die Fachsprache verwendet.
Messung mit Gammastrahlen
Messung mit Neutronenstrahlen
Die Elektronendichte wurde hier als Funktion der Stellung in einer Kristallebene dargestellt, so wie es sich aus dem angepassten Modell ergibt.
Hier zeigt sich eine Deformation beim Nickelanion in Richtung auf das Fluorion.


Bild in größerer Darstellung
Richtig erkennen kann man diese Unregelmäßigkeit aber erst in der zweiten Ableitung der Elektronendichtefunktion.
Anmerkung: An dieser Stelle ging ein merkliches Raunen durch das Auditorium. Hatte doch so manche(r) bisher die 2. Ableitung nur zum Auffinden einer Wendestelle benutzt und sie sonst als eine mehr oder weniger langweilige Zutat des Mathematikunterrichts betrachtet.
Durch diese genauen Untersuchungen konnten Erkenntnisse gewonnen werden, welche Orbitale ("Wolken" der Aufenthaltswahrscheinlichkeit) die acht Elektronen in der 3d Schale, -der äußersten Schale-, des Nickelanions haben und wie diese besetzt sind.
Die Messungen liefern, im Gegensatz zu anderen Untersuchungen, keinen Hinweis auf kovalente Anteile in der Ni-F-Bindung. Diese kann als reine Ionenbindung betrachtet werden.
Dies alles läst sich alles nur unter Verwendung von Modellen formulieren.
Man sagt einfach: Das Qrbital ist zweifach bestzt.
Eigentlich müsste es heißen:" Unter der Annahme, dass ein Kristall aus regelmäßig angeordneten Atomen besteht und die Atome Elektronenhüllen haben, die sich mit Hilfe von Orbitalen beschreiben lassen, legen die Messdaten nahe, dass die xy-Orbitale mit zwei Elekronen besetzt sind."
Modelle vereinfachen Sprache und Denken.
Der hypothetische Charakter alles dessen, was man sagt, wird nicht bei jeder Formulierung ausdrücklich genannt.

[Schlussfolgerungen]



obenAutor: Dr. Andreas Palmer, Abitur 82 Web: [Dr. Dörte Haftendorn]  Datum: 29. Mai 99. Letzte Änderung am 19. Februar 2000
Exposystem [Naturwissenschaften] [Kristallphysik] Überblick [Dokumentationsteam] [Email s.Ueberblick] [PhysikInformationssystem