Springen naar inhoud

structuur materie


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Chemistry is in the air

    Chemistry is in the air


  • >25 berichten
  • 44 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 14 maart 2010 - 22:27

Hallo dag iedereen.
Ik zit met een klein vraagje. Ik denk namelijk dat ik met een verkeerd beeld over materie heb. Moleculen zijn opgebouwd uit atomen en grote brokken materie zijn opgebouwd uit moleculen die aan elkaar gebonden zijn door:
- ionische bindingen
-metalische bindingen
-covalente bindingen
-van der waalskrachten
-watersofbruggen
Wat ik mij nu afvraag is wat zit er tussen de moleculen die aan elkaar gebonden zijn? Door al deze bovenstande krachten? Volgens mij zit hier helemaal niets tussen? In materie zou het volgens mij dus stikken van plaatsen waar een aabsoluut vacuum heerst. Is dit ook echt zo?

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

rwwh

    rwwh


  • >5k berichten
  • 6847 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 15 maart 2010 - 07:31

Aan je beeld is niets mis: er zit inderdaad niets tussen, en er zitten best gaten in. Alleen noem je dat op die schaal geen vacuum.....

Je moet het op atomaire schaal ook weer niet overdreven zien: als je de atomen als vrij harde bolletjes bekijkt liggen die in een vaste stof of een vloeistof tegen elkaar aan. In een molecuul dringen die atomen zelfs behoorlijk in elkaar door. Zie bijvoorbeeld voor een illustratie: http://en.wikipedia....e-filling_model

In een gas als "lucht" zijn de gaten tussen de moleculen veel groter. De lucht die we inademen is slechts 0,002x zo dicht als een vloeistof of vaste stof met dezelfde moleculen. Je zou dus kunnen zeggen dat 99,8% "leeg" is.

Als je de atomen beschrijft als atoomkernen met elektronen eromheen, dan zijn die atomen pas echt leeg: de atoomkern heeft 0,0001x de diameter van het atoom, dus dan zou 99,9999999999% van een atoom leeg zijn. Gelukkig komt daar de kwantummechanica kijken die ons vertelt dat dat allemaal ruimte is waar het elektron "zou kunnen zijn".

#3

Raspoetin

    Raspoetin


  • >1k berichten
  • 3514 berichten
  • VIP

Geplaatst op 15 maart 2010 - 09:07

Als je de atomen beschrijft als atoomkernen met elektronen eromheen, dan zijn die atomen pas echt leeg: de atoomkern heeft 0,0001x de diameter van het atoom, dus dan zou 99,9999999999% van een atoom leeg zijn. Gelukkig komt daar de kwantummechanica kijken die ons vertelt dat dat allemaal ruimte is waar het elektron "zou kunnen zijn".

Als je wilt weten hoe leeg:
http://www.phrenopol...rspective/atom/

De blauwe bal is een proton. Scroll naar rechts om het electron te zien.
I'm not suffering from insanity - I'm enjoying every minute of it!!

#4

Psylor

    Psylor


  • >25 berichten
  • 87 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 15 maart 2010 - 09:38

Als je wilt weten hoe leeg:
http://www.phrenopol...rspective/atom/

De blauwe bal is een proton. Scroll naar rechts om het electron te zien.

Mooie site :)

#5

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 18 maart 2010 - 14:41

Een andere manier om te demonstreren hoe ongelooflijk "leeg" een atoom eigenlijk is, is het vergelijken van dichtheden van gewone materie om ons heen en materie waarin de "lege" ruimte helemaal is opgevuld.

De meest dichte materie die wij kennen is ruim 20 gram per cm3. Bij heel hoge druk, zoals binnen in de zon worden atomen ietwat in elkaar gedrukt, hoewel je niet kunt spreken van chemische binding. De dichtheid is daar ca. 100 gram per cm3. Vergelijk dit met water dat een dichtheid heeft van 1 gram per cm3. Dus 1 kubieke centimeter van materiaal uit de kern van de zon weegt even veel als 100 ml water.

Ga je nu kijken naar de dichtheid van neutronium, het materiaal waar neutronensterren uit bestaan, dan kom je op ongeveer 10.000.000.000.000 gram per cm3. Stel je zou dit als water in een zwembad hebben van twee meter diep, dan weegt 1 kubieke centimeter (een dobbelsteentje) van neutronium even veel als al het water in een zwembad van 70 bij 70 meter!

Neutronium is materie, waarbij de atomen zo hard in elkaar gedrukt worden dat de kernen van alle atomen tegen elkaar aan komen te liggen en versmelten en de tussenliggende electronen worden er ook mee versmolten zodat het geheel ladingsneutraal wordt. Het is dus in feite een compacte opeenstapeling van neutronen zonder "lege" tussenruimte.

#6

Psylor

    Psylor


  • >25 berichten
  • 87 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 19 maart 2010 - 13:01

Ga je nu kijken naar de dichtheid van neutronium, het materiaal waar neutronensterren uit bestaan, dan kom je op ongeveer 10.000.000.000.000 gram per cm3. Stel je zou dit als water in een zwembad hebben van twee meter diep, dan weegt 1 kubieke centimeter (een dobbelsteentje) van neutronium even veel als al het water in een zwembad van 70 bij 70 meter!

Volgens mij zelfs een zwembad van ongeveer 70 bij 70 km als deze 2 meter diep is, namelijk:

10^13 g/cm3 = 10^10 kg/m3
10^10 kg/m3 / 2 m = 5 * 10^9 kg/m2
wortel(5 * 10^9 kg/m2) = 70710,7 m


Om hieraan toe te voegen, de materie welke een zwart gat vormt heeft een massa vanaf 5 zonnemassa's (zoverbekend en miniatuur zwarte gaten niet meegetelt). 1 zonnemassa is 1,99 * 10^30 kg
Sommige wetenschappers zeggen dat deze materie ontstaat als protonen, electronen en neutronen in elkaar storten. De meeste wetenschappers zeggen dat 'zwart gat materie' bestaat uit een opeenstapeling van planckdeeltjes. Dit komt neer op een dichtheid van 5,13E+91 kg/cm3 (als ik het goed bereken)

(een planck deeltje is 1,6*10-35 meter en 2,1 * 10-8 kg)

#7

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 19 maart 2010 - 14:09

Nee jouw berekening klopt niet. Je rekent de verkeerde kant op ;)
Maar ik zal bekennen, ik heb ook een rekenfout gemaakt :oops:

1013 gram = 1010 kg.

Water is 1000 kg per m3, dus je hebt 107 m3 water. Bij 2 meter diepte heb je een oppervlak van 5.000.000 m2. Dit is een meer van pakweg 2,2 km bij 2,2 km :lol: !! Da's nog een heel stuk groter dan ik eerst had :lol: !!

------------------------------------------

Bij een zwart gat kun je niet meer spreken van materie en ook niet van dichtheid. De ruimte zelf heeft nl. een 'gat'. De massa stort in (alle protonen, neutronen en electronen) en zal voor altijd blijven instorten. Er is geen enkele ons bekende natuurkracht die dit proces tegenhoudt.

In de ons bekende wereld wordt de dichtheid van de materie begrensd door het zgn. Pauli uitsluitingsprincipe. Geen twee deeltjes kunnen de zelfde kwantumtoestand innemen. Plastisch verwoord, dit uit zich in een 'tegenkracht' die er voor zorgt dat twee deeltjes niet exact de zelfde plaats innemen (de correcte beschrijving is veel en veel ingewikkelder, maar het gaat hier alleen maar even om het idee). In de ons bekende materialen ligt deze uitsluitingsbegrenzing bij de electronen. De electronenwolk om de atomen en in de moleculen nemen een bepaalde ruimte in. Om deze reden is een vaste stof als metaal vrijwel niet indrukbaar, want de electronenwolk rondom de atoomkernen kan niet verder worden ingedrukt. Het Pauli uitsluitingsprincipe houdt dit tegen. Druk je toch door, dan wordt bij een bepaalde (zeer extreme) druk de druk zo groot dat het materiaal het Pauli principe zou moeten verbreken. Er zouden electronen moeten zijn die de zelfde kwantumtoestand krijgen. Dit kan niet (dat is een natuurwet) en de enige optie die de natuur dan heeft is het laten instorten van de materie. Protonen en electronen versmelten tot neutronen en ineens is er weer een heleboel ruimte, er is geen Pauli uitsluitingsprincipe dat electronen tegenhoudt in elkaars vaarwater te gaan zitten. De materie stort in. Echter, het zelfde principe geldt ook op het niveau van neutronen. Ook neutronen kunnen niet de zelfde kwantumtoestand innemen. Hierdoor is het zo dat het instorten niet onbeperkt doorgaat. Er ontstaat een soort neutronenzee, het materiaal waaruit neutronensterren bestaan. De dichtheid van dit materiaal is pakweg 1013 g/cm3, al is hier ook wel enige variatie mogelijk, maar dit is wel de orde van grootte waar we over praten.
Gaan we de druk nog verder opvoeren, dan zullen ook de neutronen ophouden te bestaan. Er is, voor zover ons nu bekend, geen andere nog compactere vorm van materie waar weer een Pauli uitsluitingsprincipe voor geldt. Dus, als een klomp neutronium onder hoge druk tot instorten wordt gedwongen, dan is er niets dat onbeperkt instorten in de weg staat. Het instorten gaat oneindig door en de totale massa valt ineen tot een punt (of valt op een 1-dimensionale curve met de vorm van een cirkel als de massa roteerde voor het instorten, dit omdat het impulsmoment van de roterende massa behouden blijft).

Als het zwarte gat niet roteert, dan is de waarnemingshorizon zuiver bolvormig en bevindt zich precies midden in het zwarte gat een 'gat'. In wiskundige termen wordt zoiets een singulariteit genoemd. Als je al zou willen spreken van dichtheid, dan kun je zeggen dat de dichtheid in de singulariteit oneindig groot is en daarbuiten gelijk aan 0. Correcter is om te zeggen dat de dichtheid een Dirac puls is over de 3D ruimte en de volledige massa bevindt zich in een epsilon-omgeving van de singulariteit.

Als het zwarte gat roteert, dan is de waarnemingshorizon een afgeplatte bol en in die bol bevindt zich dan een cirkelvormige singulariteit. De dichtheid in die cirkel is dan ook oneindig, maar 'minder oneindig' dan de dichtheid van een puntvormige singulariteit. Je hebt nu een bepaalde massa uitgesmeerd over een 1-dimensionale curve i.p.v. alles geconcentreerd in 1 punt. Het voert hier te ver om het wiskundig uit te drukken, dat vereist nogal wat calculus en introductie van het begrip lengte-dichtheid in gram per meter.

Veranderd door woelen, 19 maart 2010 - 14:24


#8

rwwh

    rwwh


  • >5k berichten
  • 6847 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 20 maart 2010 - 22:32

We raken een beetje off-topic, maar de fysica is niet meer strict juist, dus ik reageer toch even.

Samenvatting: singulariteit in de tijd-ruimte is niet hetzelfde als zwart gat.

Inderdaad is voor de meest gangbare verklaring van het onstaan van een zwart gat een singulariteit nodig. Maar het fenomeen "zwart gat" op zich heeft dat niet nodig. Een zwart gat wordt gevormd als een massa een ontsnappingssnelheid heeft die groter is dan de snelheid van het licht. Hiervoor is strict genomen slechts een massa nodig met een heel hoge dichtheid, geen singulariteit.

Omgekeerd zijn fysici ook al jaren op zoek naar singulariteiten die geen zwart gat zijn, dus die gewoon te observeren zouden kunnen zijn. De huidige fysische theorieŽn verbieden zulke "naakte singulariteiten" niet, en dit bezorgt veel astrofysici koude rillingen....

#9

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 maart 2010 - 22:43

Rwwh, daarom gebruik ik ook 'gat' i.p.v. gat, met die quotes aangevend dat er een verschil is. Een zwart gat zou inderdaad ook met een heel dichte massa gerealiseerd kunnen worden.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures