4. NATUURWETENSCHAPPELIJKE MODELLEN

INDEX
HOME PAGE

4.4 ATOOMMODELLEN

In tegenstelling tot modellen van het zonnestelsel, die vooral het resultaat waren van steeds nauwkeuriger waarnemingen, zijn modellen van de materie vooral het resultaat van redenatie. In de Griekse oudheid ontstonden twee opvattingen over de materie die hun invloed tot in onze tijd hebben behouden. Empedocles introduceerde de vier elementen, water, vuur, aarde en lucht, waaruit alles zou zijn opgebouwd. Democritus vertegenwoordigde het atomisme, de corpusculaire opvatting dat de materie uit oneindig veel verschillende ondeelbare deeltjes is opgebouwd. De eerste opvatting heeft grote invloed gehad op de ontwikkeling van de stoffenleer (alchemie, moderne scheikunde) en op de ontwikkeling van de geneeskunde. De corpus- culaire opvatting heeft uiteindelijk het pleit gewonnen (kernfysica).

Alchemische visie
De vier elementen vertegenwoordigen fundamentele eigenschappen van de wereld om ons heen Ún van de wereld binnen in ons. Eigenschappen van de buitenwereld zijn ondermeer vochtigheid, temperatuur en jaargetijde en eigenschappen van de binnenwereld zijn ondermeer de lichaamssap (humor) en stemming (humeur).
Water hangt samen met vochtig en koud, met de winter, en lichamelijk met slijm en met een flegmatisch humeur (nuchter, onverstoorbaar, traag, zwaar op de hand, nauwkeurig). Vuur hangt samen met droog en warm, met de zomer, en lichamelijk met gal en met een cholerisch humeur (scherp, snel, opvliegend, driftig, bitter, bemoeiziek).
Aarde hangt samen met droog en koud, met de herfst en lichamelijk met zwarte gal en met een melancholisch humeur (zwartgallig, droefgeestig, zwaarmoedig, onrustig, zich afzonderend, wiskundig begaafd).
Lucht hangt samen met vochtig en warm, met de lente en lichamelijk met bloed en met een sanguinisch humeur (uitbundig, zorgeloos, licht ontvlambaar, speels, onverstandig).
De alchemische visie heeft grote invloed gehad op de ontwikkeling van de geneeskunde. De grondlegger van de moderne geneeskunde Hippocrates (460-377 v.Chr) ontwikkelde de humorenleer die er van uitgaat dat een goede gezondheid wordt bepaald door een juiste balans tussen de vier lichaamssappen.
De alchemie werd al in de oudheid (in Egypte, Griekenland en andere landen) beoefend. In China ontstond in de 3de eeuw v.C. een (verwante) vorm van alchemie en later ook in India. De oosterse filosofische stelsels be´nvloedden de alchemisten in het Westen. Met name de theorie dat elementen in elkaar konden worden omgezet leidde tot een zoeken naar desteen der wijzen, die het mogelijk moest maken onedele metalen in goud om te zetten. Daarnaast zocht men naar het levenselixir, dat onsterfelijk moest maken, of anders in ieder geval het leven moest verlengen. De filosofische, religieuze en mystieke elementen die de alchemie bevatte, waren er de oorzaak van dat alchemistische boeken in de christelijke wereld (trouwens ook in China) herhaaldelijk verboden werden. Echter, ondanks de vele dwaalwegen, leidde de alchemie uiteindelijk toch tot de moderne scheikunde van Lavoisier en zijn tijdgenoten (uit: Encarta)
Voor meer info over alchemie, zie: http://project.kahosl.be/chemie/Historisch/alchemie.htm

Historie van Alchemie
"Zo boven, zo beneden"
In onze huidige tijd van voortschrijdende medische inzichten, vooral gebaseerd op verbeterde technieken en grotere kennis heeft de alchemie niets in waarde ingeboet. De inzichten van de alchemisten kennen een geschiedenis die ver voor onze moderne jaartelling zijn begonnen en zijn in wezen gebaseerd op een ontologie (= levensfilosofie). Het is deze ontologie die de inhoud van de alchemie heeft bepaald en ook tegelijkertijd weer in vergetelheid heeft gebracht. Dit filosofische uitgangspunt is gebaseerd op de drie-eenheid: -de geest, het niet-bewustzijn ook wel het vrouwelijke principe genoemd -de ziel, het bewustzijn ook wel het mannelijke principe genoemd -het lichaam, de drager van de beide andere principes, ook wel het zout of het vaste principe genoemd. Dit is de goddelijke, kosmische of natuurlijke kwaliteit van het bestaan. Deze drie filosofische principes laten zich herkennen door onze zintuigen in vier verschillende manifestaties: in vaste vorm, als vloeistof, in gasvorm of etherisch. Deze vier manifestaties zijn de vier elementen aarde, water, lucht en vuur en bezitten de eigenschappen van kou, vochtig, droog en heet. In de vier elementen bevindt zich de "Quintia Essentia" wat de innerlijke verbinding geeft. Vervolgens ontstaan in de werkelijkheid van het bestaan in tijd en door uiterlijke omstandigheden veranderingen van samenstelling van de stof. De cyclus van leven, die een opbouwende en afdalend fase kent, zal letterlijk in de stof weer schijnen. Het bezield levende lichaam, wat leven is, verlaat het lichaam, het ontzielde lichaam achterlatend, zodat het dode lichaam overblijft om in de natuur over te gaan tot het zout der aarde, wat de voedingsbodem is voor nieuw leven. Een eindeloos proces van herhaling. Met deze kennis gewapend doet de alchemist zijn werk; hij kan op laboratoriumniveau de werkelijkheid nabootsen omdat hij de wetmatigheden kent, die aan het natuurlijke proces ten grondslag liggen. Zo werkt hij volgens het principe "zo boven, zo beneden" en brengt hij de goddelijke kwaliteit van het bestaan in de dagelijkse praktijk van zijn laboratorium. In dit proces van herhaald streven, door de principes van boven hier in praktijk te brengen, probeert hij de transmutatie in zijn laboratorium tot stand te brengen en probeert hij de werkelijkheid te vervolmaken. De alchemist doet dit met het bewustzijn dat het werken met de drie filosofische principes van leven, in de uitingsvorm van de vier elementen, ook zijn leven zal transmuteren naar het geestelijke goud wat voor hem innerlijke rust en vrede betekent. Als hij stoffelijke goud maakt, is het voor hem een test of hij op de goede weg is. In al zijn werk is hij een dienaar van de natuur omdat hij werkt met de vervolmaking van de natuurlijke of kosmische principes. Hij bewerkt de "Prima Materia" tot de "Steen der Wijzen" en heeft dan een panacee, die iedere disharmonie teniet doet. Het maken van een tinctuur, essence of steen, die disharmonie en ziekte kan laten verdwijnen, is met deze filosofie en de daarbij behorende spagyrische methode voor hem een vanzelf sprekende werkwijze. In feite is hij een moderne wetenschapper, die gebonden aan de wetten van het bestaan met de axioma's van zijn uitgangspunten, zijn wetenschappelijk werk doet.


Opdracht:
Bestudeer hoofdstuk 3.3 Materialen en stoffen uit je leerboek (blz.58).

Opdracht:
In de Oudheid en in de Middeleeuwen kende men maar 7 metalen, namelijk zilver, kwikzilver, koper, goud, ijzer, tin en lood. De 7 metalen kwamen mooi overeen met de 7 voornaamste hemellichamen en de 7 dagen van de week. Soms is dat nog in de naam (in diverse talen) te herkennen evenals diverse goden: goud-zon-sol-zondag.
Maak zo'n rijtje voor elk van de metalen. Raadpleeg eventueel een esotherische site. Waarom zou men in het verleden zulke verbanden hebben gelegd?


Corpusculaire visie
De corpusculaire visie begon met de introductie van het atoommodel van Leukippos (460-370 v.Chr.). In dat model werden atomen opgevat als onzichtbare, ondeelbare, en onvernietigbare deeltjes die een grote variatie vormen vertonen.
Zelfs tijdens de renaissance had Isaac Newton (1642-1727) nog het idee dat atomen nietige, massieve, harde, ondeelbare deeltjes zijn.
In diezelfde tijd had een der laatste alchemisten, Robert Boyle (1627-1691) vastgesteld dat sommige stoffen puur zijn (elementen) en andere samengesteld (verbindingen). Die verbindingen zouden zijn samengesteld uit de elementen.
Aan het begin van de 19e eeuw werd op basis van deze kennis een nieuw atoommodel ge´ntroduceerd door John Dalton(1766-1844). Hij bedacht dat elementen uit gelijke atomen moesten zijn opgebouwd en verbindingen uit verschillende atomen in een bepaalde verhouding. De kleinste deeltjes waaruit die verbindingen bestaan noemde hij moleculen. Dalton introduceerde ook het begrip atoomgewicht met waterstof als referentie.
Het atoomgewicht van een element geeft aan hoeveel zwaarder dit element is dan waterstof. Aan dit idee heeftAmadeo Avogadro (1776-1856) een belangrijke bijdrage geleverd. Hij stelde dat als gelijke volumes van een gas evenveel deeltjes bevatten (een gunstige gok) uit verschillen in gewicht tussen (gasvormige) elementen de samenstelling van een verbinding kan worden afgeleid.
J.B.A. Dumas (1800-1884) legt vervolgens een verband tussen het atoomgewicht en de eigenschappen van elementen.
D.I. Mendelejev (1834-1907) rangschikt de elementen naar hun atoomgewicht in het periodiek systeem.
Door deze ontwikkeling had men gaandeweg het concept van een atoom als een hard en ondeelbaar bolletje verlaten en vervangen door een model waarbij het atoom een dimensieloze verzameling van eigenschappen is geworden.
De Nederlander J.H. van 't Hoff (1852-1911) stelde in de tweede helft van de 19e eeuw voor om weer terug te keren naar een ruimtelijk concept van atomen en moleculen. In diezelfde periode experimenteerde William Crookes met elektriciteit en hij ontwikkelde de Crookesbuis waarmee hij kathodestralen kon opwekken. Daarmee kon hij aantonen dat uit elementen negatief geladen deeltjes (elektronen) kunnen vrijkomen.
Op basis van deze ontwikkelingen stelde J.J. Thomson(1852-1940) een nieuw atoommodel op: een atoom bestaat uit elektronen en een positief geladen centrum. Het atoom werd ongeveer zo voorgesteld als een krentenbol met elektronen als krenten in het positieve deeg. Charles Barkla stelde in 1906 vast dat het aantal electronen in een atoom van een element gelijk is aan het rangnummer dat het element heeft in het periodiek systeem.
Het echtpaar Curie experimenteerde rond de eeuwwisseling met zware elementen en radioactieve straling. Marie Curie(1867-1934) ontdekte na het overlijden van haar echtgenoot dat sommige elementen positief geladen deeltjes (alfa-deeltjes) uitzenden.
Van dit gegeven maakte Ernest Rutherford (1871-1937) en zijn medewerkers gebruik om een heel dun vel goud-folie te bestralen met alfa-deeltjes. Met behulp van een detector aan de andere kant van het folie werd geregistreerd dat vrijwel alle alfa-deeltjes ongestoord het folie passeerden. De baan van enkele alfa-deeltjes werd tijdens de doorgang door het folie sterk afgebogen. Deze bevindingen leidden tot het atoommodel van Rutherford: een soort mini-zonnestelsel dat voornamelijk uit lege ruimte bestaat terwijl de positieve lading en massa in de kern is geconcentreerd (http://physics.rug.ac.be/fysica/applets/Rutherford4/index.htm ).
James Chadwick (1891-1974), medewerker van Rutherford, toonde aan dat de atoomkern naast positief geladen protonen ook deeltjes bevat met massa maar zonder lading, de neutronen.
Een eeuw later stellen de meeste mensen zich een atoom nog altijd voor zoals beschreven door het model van Rutherford. Ondertussen zijn er evenwel nogal wat veranderingen voorgesteld met een steeds hogere graad van abstractie waardoor veel mensen geen duidelijke voorstelling meer kunnen vormen van het hedendaagse atoommodel.
Niels Bohr (1885-1962) nam aan dat elektronen in vaste banen rond de kern draaien en dat elk elektron een bepaald vaste hoeveelheid energie bezit: een quantum. De quantummechanica ging de klassieke mechanica van Newton steeds meer overheersen.
Erwin Schr÷dinger (1887-1961) deed het revolutionaire voorstel dat subatomaire deeltjes als elektronen ook kunnen worden opgevat als golfbewegingen.
Werner Heisenberg (1901-1976) betoogt dat de eigenschappen van een elektron (positie, beweging) het best kunnen worden voorspeld door dekans dat elektron zich ergens bevindt of zich in een bepaalde richting beweegt. Een deterministisch wereldbeeld maakt geleidelijk plaats voor een stochastisch wereldbeeld.

Meer info:



Opdracht:
Bestudeer 3.7 Modellen met moleculen en atomen uit je leerboek (blz. 87) en maak opgaven 67 en 68.

Opdracht:
Bestudeer 3.8 Keerpunt 1600:wereldbeelden uit je leerboek (blz.94) en maak opdracht 71, 73 t/m 77.
Raadpleeg de boeken van S. Hawking en C.A. Ronan in de mediatheek.