Skript Atombau und Periodensystem - Teil 1

ATOMBAU UND PERIODENSYSTEMZENTRALGEWERBESCHULE BUCHEN (ODENWALD)

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ATOMBAU UND PERIODENSYSTEM Dr. Bernd Stange, Februar 2010

INHALTSVERZEICHNIS1. 2. 2.1.2.1.1. 2.1.2. 2.1.3. 2.1.4. 2.1.5. 2.1.6. 2.1.7. 2.1.8. 2.1.9. 2.1.10. 2.1.11. 2.1.12.

EINFHRUNG HISTORISCHE ENTWICKLUNG DES MODERNEN ATOMBILDES GRIECHISCHE NATURPHILOSOPHIEEinleitung THALES VON MILET ANAXIMANDER VON MILET ANAXIMENES VON MILET PARMENIDES VON ELEA HERAKLIT VON EPHESOS EMPEDOKLES VON AKRAGAS ANAXAGORAS VON KLAZOMENAI DEMOKRIT VON ABDERAAB1: GRIECHISCHE NATURPHILOSOPHIE

PLATONAB2: DIE PLATONISCHEN KRPER

ARISTOTELES Quellen Anhang I: Ausschnitt Die Naturphilosophen aus JOSTEIN GAARDERs Buch Sofies Welt Anhang II: Ausschnitt Demokrit aus JOSTEIN GAARDERs Buch Sofies Welt

2.2.2.2.1. 2.2.2.

A NEW SYSTEM OF CHEMICAL PHILOSOPHY: DALTONS ATOMHYPOTHESE2000 Jahre naturwissenschaftlicher Stillstand The atom rebornAB3: DALTONS ATOMMODELL

2.3.2.3.1. 2.3.2. 2.3.3. 2.3.4.

ENTDECKUNG DER SUBSTRUKTUR DER ATOMEEinleitung Entdeckung des Elektrons THOMSONs Atommodell: Plum pudding oder Rosinenkuchen? RUTHERFORDs StreuversuchAB4: RUTHERFORDS STREUVERSUCH AB5: BERECHNUNG DER KERNDICHTE

2.3.5. 2.3.6. 2.3.7. 2.3.8. 2.3.9.

Entdeckung des Protons Entdeckung des Neutrons Nuklide und IsotopeAB6: NUKLIDE UND ISOTOPE

Substruktur der Nukleonen Quellen



2.4.2.4.1. 2.4.2. 2.4.2.1. 2.4.2.2. 2.4.2.3. 2.4.3 2.4.4. 2.4.5. 2.4.6. 2.4.6.1. 2.4.6.2. 2.4.6.3. 2.4.7.

RADIOAKTIVITTEntdeckung der RadioaktivittAB7: RADIOAKTIVE STRAHLUNG IM ELEKTRISCHEN FELD

Arten des radioaktiven Zerfalls -Zerfall -Zerfall -Zerfall Natrliche ZerfallsreihenAB8: NATRLICHE ZERFALLSREIHEN

Zerfallsgesetz und HalbwertszeitAB9: ZERFALLSGESETZ UND HALBWERTSZEIT

Knstliche Radioaktivitt Radioaktive Strahlung Physiologische Wirkung und Schutz Messung von Radioaktivitt Physiologische Wirkung und Strahlenschutz Radioaktivitt die pure Lebenskraft? Quellen

3. 3.1.3.1.1. 3.1.2.

DAS MODERNE BILD VOM ATOM ANFNGE DER QUANTENPHYSIKNATURA NON FACIT SALTUS DIE SITUATION UM 1900 QUANTISIERUNG DER ENERGIE

3.2.3.2.1. 3.2.2.

NIELS BOHR UND SEIN ATOMMODELLKRITIK AM RUTHERFORDSCHEN ATOMMODELL

3.3. 3.4. 3.5. 4. 4.1.

DAS ORBITALMODELL AUFBAU DER MATERIE: EINE ZUSAMMENFASSUNG QUELLEN DAS PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE



ATOMBAU UND PERIODENSYSTEM1. EINFHRUNGIf, in some cataclysm, all of scientific knowledge were to be destroyed, and only one sentence passed on the next generations of creatures, what statement would contain the most information in the fewest words? I believe it is the atomic hypothesis (or the atomic fact, or whatever you wish to call it) that all things are made of atoms little particles that move around in perpetual motion, attracting each other when they are a little distance apart, but repelling upon being squeezed into one another.

D

iese Aussage stammt aus den berhmten Vorlesungsmitschriften der FEYNMAN Lectures on Physics des amerikanischen Physikers und Nobelpreistrgers RICHARD FEYNMAN (1918 1988, Nobelpreis 1965) und unterstreicht die Bedeutung der atomistischen

Idee, da die Materie aus kleinsten Teilchen, den Atomen, besteht. Freilich wei man seit etwa 100 Jahren, da auch Atome eine innere Struktur (aus Protonen, Neutronen und Elektronen) besitzen und seit etwa 40 Jahren, da auch subatomare Teilchen (Protonen und Neutronen) aus noch kleineren Partikeln (den sogenannten Quarks) zusammengesetzt sind Elektronen sind demgegenber nach heutigem Wissensstand tatschlich elementar.

Abb.1: Struktur der Materie nach heutigem Kenntnisstand mit Grenmastab11

METAG, VOLKER (2000): Research Highlights from 30 years of GSI. URL: http://www.gsi.de/portrait/Metag-Vortrag/ jubilaeumsvortrag.html (15.02.2010)



Nur die allerwenigsten zweifeln heute noch an der Existenz von Atomen. Diese Erkenntnis ist ein Produkt der technischen Entwicklung in den letzten 150 bis 200 Jahren. Der Grundgedanke wurde jedoch schon vor mehr als 2500 Jahren im antiken Griechenland durch Philosophen gelegt, die allein mit Hilfe von theoretischen berlegungen die Existenz von kleinsten Teilchen ableiteten. 2. HISTORISCHE ENTWICKLUNG DES MODERNEN ATOMBILDES 2.1. GRIECHISCHE NATURPHILOSOPHIE2 2.1.1. EINLEITUNG

E

s gilt als sicher, da sich Menschen schon immer Gedanken ber ihre Herkunft und den Ursprung der Welt gemacht haben, ebenso wie sie versucht haben, Naturphnomene, die sie beobachten konnten, zu erklren. Die Wiege der abendlndischen

Philosophie (griech. , wrtlich: Liebe zur Weisheit) steht im Griechenland des 6. Jhd. vor unserer Zeitrechnung, also vor mehr als 2500 Jahren. Zum ersten Mal wird hier versucht, mit den Mitteln des selbstndigen, vernunftmigen Denkens den Aufbau der Welt aus natrlichen Ursachen zu erklren, also weitgehend unbeeinflut von theologischen berlegungen oder gar Zwngen (wie beispielsweise spter im Mittelalter). Im Mittelpunkt der Betrachtungen steht oft die Suche nach der arch (griech. , Anfang, Ursprung), dem Urstoff. Die griechische Philosophie dieser Zeit macht keinen Unterschied zwischen Philosophie und Wissenschaft, daher auch die Bezeichnung Naturphilosophi e: Es geht um das Nachdenken ber das Ganze des Seins. Da die apparativen Mittel jener Zeit sehr beschrnkt waren, kann man die griechischen Naturphilosophen auch als Erfinder des Gedankenexperimentes bezeichnen. Theorien und Hypothesen werden vielfach allein durch berlegungen aufgestellt, viele davon haben Auswirkungen bis in die Neuzeit. Sie muten jedoch in der Renaissance (frz. Wiedergeburt, ab dem 15. 16. Jhd.) wiederentdeckt werden und sich zunchst gegen die Anfeindungen der Kirche durchsetzen. Da die Epoche der Naturphilosophie etwa mit dem Tode SOKRATES3 im Jahre 399 vor unserer Zeitrechnung endet, nennt man deren Vertreter auch Vorsokratiker. Einige wenige (u.a. PLATON) haben auch nachAbb.2: SOKRATES

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Der Bayrische Rundfunk hat in seiner Reihe Denker des Abendlandes auch einige Beitrge ber die griechischen Naturphilosophen gesendet. Die einzelnen Folgen sind unter http://www.br-online.de/br-alpha/denker-des-abendlandes/ denker-lesch-vossenkuhl-ID1221136938708.xml (08.01.2010) abrufbar. SOKRATES wurde wegen angeblichen schlechten Einflusses auf die Jugend und Miachtung der Gtter zum Tode verurteilt.

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dieser wichtigen Zsur naturphilosophische berlegungen betrieben. Nachfolgend werden die wichtigsten berlegungen der Naturphilosophen im Hinblick auf den Aufbau der Materie und andere Naturphnomene skizziert. Warum (Natur-)Philosophie im Chemie-Unterricht? Zum einen, um zu untermauern, da sich die einzelnen Naturwissenschaften aus der philosophia naturalis entwickelt haben, zuerst die Physik, spter die Chemie und letztlich die Biologie. Zum anderen, um zu verdeutlichen, da viele Ideen, die zum revolutionren Fortschritt der Naturwissenschaften ab dem 17. Jahrhundert fhrten, bereits viele hundert Jahre alt waren, bevor sie wiederentdeckt oder neu gedacht wurden. Auerdem gehr(t)en philosophische Kenntnisse seit jeher zur guten naturwissenschaftlichen Ausbildung. 2.1.2. THALES VON MILET (* 624, 546)

D

er griechische Philosoph, Mathematiker und Arzt gilt traditionell als Begrnder der griechischen Philosophie und zhlt zu den Sieben Weisen des Altertums. Von THALES

selbst ist nichts Eigenschriftliches berliefert. Es ist nicht sicher, ob er selbst jemals etwas schriftlich fixiert hat und es ist somit unklar, welche ihm zugeschriebenen Erkenntnisse wirklich von ihm stammen. Die wenigen Quellenfragmente, die angeblich von ihm aufgestellte Erkenntnisse auffhren, stammen meist aus den Darstellungen von PLATON, ARISTOTELES oder dem Geschichtsschreiber HERODOT. Seine mathematischen Erkenntnisse sind heute Grundlage des Geometrie-Unterrichtes in der Schule (u.a. THALES-Kreis, Strahlenstze). ARISTOTELES bezeichnete THALES als den ersten Philosophen, der die Frage nach der arch stellte. Nach THALES mu der Urstoff ein allgemein verbreiteter Stoff sein, der zudem wandlungsfhig ist, um die vielfltigen Erscheinungen erklren zu knnen: das Wasser. Alles ist Wasser, sagt er und meint, da alles aus dem Wasser entstanden ist. Wasser bentigt jedes Lebewesen und auerdem tritt es in verschiedenen Zustandsformen auf (gemeint sind selbstverstndlich Eis, flssiges Wasser und Wasserdampf). Darber hinaus nahm er an, da alle Dinge beseelt, voll von Gttern seien, wie er sagt4. Wenn die Rede darauf kam, nahm er einen Nagel und einen Magneten aus der Tasche, um seinen staunenden Mitbrgern zu zeigen, da auch der Stein Eisen bewegen knne.4

Abb.3: THALES VON MILET

Die Denkweise, da alle Dinge der Welt beseelt seien, nennt man H y l o z o i sm u s (nach griech. , hyl, Stoff, Materie und , zoe, Leben).



THALES gelangte dadurch zu der berzeugung, da es nicht auf das Sichtbare in der Welt ankommt, sondern auf das, was im Inneren der Dinge wohnt, also im Grunde auf das Unsichtbare, welches jedoch das Sichtbare erst zu dem macht, was es an sich ist5. 2.1.3. ANAXIMANDER VON MILET (* 611, 546)

ADERs

NAXIMANDER

gilt ebenso wie THALES als Vertreter der so-

genannten milesischen Schule . Es ist wahrscheinlich, da sich beide Philosophen gekannt haben, mglicher-

weise sogar verwandt waren. ANAXIMANDER gilt nach heutigem Wissen als Schler von THALES. Whrend nicht allzuviel von ANAXIMANLeben bekannt ist, wissen wir jedoch viele Details seiner Ideen und Vorstellungen durch ARISTOTELES, PLATON und andere Philosophen, die Zugang zu seinen Originalschriften (von denen nur Fragmente erhalten geblieben sind) hatten. Der Ursprung der Dinge ist das Grenzenlose. Woraus sie entstehen, darin vergehen sie auch mit Notwendigkeit. lautet eines der Fragmente von ANAXIMANDER. Als Urprinzip der Welt und Ursache allen Seins bezeichnet ANAXIMANDER etwas Unendliches oder Unbegrenztes, das sogenannte peiron (griech. , das Unendliche), das unvernderlich, unzerstrbar, unvergnglich, stndig bewegt und durchgehend belebt sei und aus dem die konkreten Erscheinungen hervorgingen und in das sie zurckkehrten. Keines der vier Elemente Wasser, Luft, Erde und Feuer knne die Uressenz6 des Universums sein, weil die berlegenheit eines Elementes das Verschwinden der anderen bedeuten wrde. ANAXIMANDER war berzeugt, da ber die vier konkreten Elemente ein im natrlichen Zustand unsichtbares allmchtiges Superelement herrsche. Das peiron msse unendlich sein, weil nur so die Ewigkeit und Unendlichkeit des konkreten Werdens erklrbar und begrndbar seien. Das peiron sei keine empirisch erfahrbare Ur- und Grundsubstanz wie etwa das Wasser bei THALES. Durch Aussonderung gingen aus dem peiron zunchst das Kalte und Warme, dann das Flssige und Feste und schlielich die einzelnen Erscheinungen hervor.Abb.4: ANAXIMANDER

5 6

Siehe auch den Eintrag in der Internet Enyclopedia of Philosophy: http://www.iep.utm.edu/thales/. (06.01.2010) E s s e n z (lat. essentia von lat. esse, sein) bezeichnet im Gegensatz zur E x i st en z (dem Dasein) das Wesen einer Sache.



Nach ANAXIMANDER sei die Erde die er frei im Raum schwebend denkt zuerst in flssigem Zustand gewesen und habe bei ihrer allmhlichen Austrocknung die Lebewesen hervorgebracht. Diese lebten zunchst im Wasser und seien spter auf das Land bergewechselt. Bekannt sind darber hinaus seine Anstze zur Erklrung von meteorologischen Erscheinungen wie Blitz und Donner, aber auch seine wichtigen Beitrge zur Geographie und Astronomie7. Seine Weltkarte einer zylindrischen Erde (Abb.5 rechts) gilt als eine der ersten Darstellungen berhaupt auf diesem Gebiet. 2.1.4. ANAXIMENES VON MILET (* 585, 525)Abb.5: ANAXIMANDERs Weltkarte

D

er Schler (?) ANAXIMANDERs steht seinen beiden Vorgngern an Bedeutung nach, er kritisiert seinen Lehrer aber dahingehend, da aus dem peiron, einem Urelement,

dem keine qualitative Vernderung zukommt, die qualitative Vielfalt der Dinge nicht zu erklren sei. ANAXIMENES wird in seinen berlegungen wieder konkreter und sieht die Luft als Urstoff, allerdings wohl nicht in wrtlichem Sinne, denn er begreift darunter (als belebenden Atem) auch die Seele. Alles Abb.6: ANAXIMENES entstehe infolge einer gewissen Verdichtung der Luft (die zu Wasser und Gestein fhrt) oder infolge von Verdnnung (fhrt zu Feuer). Damit fhrt er als erster den Begriff der Verwandlung eines Stoffes in die Philosophie ein, der in der spteren Philosophie eine zentrale Rolle spielen wird. Die verschiedenen Naturelemente unterscheiden sich nach Ansicht der Philosophen nur quantitativ und nicht qualitativ voneinander, da sie alle aus ein und demselben Urstoff entstanden seien. Wie seine beiden Vorgnger beschftigte sich auch ANAXIMENES mit der Beobachtung von Naturerscheinungen und der Astronomie, ebenso wie diese lehrte er einen periodischen Wechsel von Entstehung und Zerstrung.

7

Siehe auch den Eintrag in der Internet Encyclopedia of Philosophy: http://www.iep.utm.edu/anaximan/. (06.01.2010)



2.1.5. PARMENIDES VON ELEA (* 540/535, 483/475)

Pbar.10

ARMENIDES,

Sohn angesehener und wohlhabender Eltern,

stammte aus Elea in Sditalien (siehe Abb.13) und gilt als Begrnder der sogenannten Eleatischen Schule , zu der

auch der fr seine Paradoxa bekannte ZENON VON ELEA8 (* 490, 430) gehrte. Sein einziges Werk ist ein Lehrgedicht9 ber die Natur (griech. , per phses), das in Fragmenten berliefert ist. Dort ist PARMENIDES der (khnen) Ansicht, da es in Wahrheit weder Werden noch Bewegung geben knne, sondern nur unvernderlich beharrendes Sein. Das Sein sei ewig, das Werden dagegen undenkAbb.7: PARMENIDES

Fr PARMENIDES bestand ein Dualismus zwischen Erscheinung und Wirklichkeit. Die beobachteten Phnomene der Bewegung und Vernderung waren fr ihn nur Erscheinungsformen einer in Wahrheit statischen, ewigen Wirklichkeit. Unter Seiendem sei dabei Raumerfllendes zu verstehen, leerer Raum knne nicht sein. Die Annahme einer Bewegung setze immer Nichtseiendes voraus denn damit sich ein Krper an einen bestimmten Ort bewegen knne, msse dort vorher dort leerer Raum, also nichts gewesen sein.11 PARMENIDES Ansatz zur Stoffvielfalt ist undeutlich, klar scheint nur, da sie auf der Annahme zweier Prinzipien, Elemente oder eben Urstoffe beruht: Dem therischen, lichten, leichten Element des berall sich selbst gleichen Feuers tritt die dichte, dunkle, schwere Masse, aus der die Erde entstanden ist, gegenber. Alle mglichen Erscheinungen sollen durch diese Elemente bzw. ihre Mischung erklrt werden.

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Sehr berhmt ist das Paradoxon vom Wettlauf ACHILLES gegen eine Schildkrte; siehe auch: http://plato.stanford.edu/ entries/paradox-zeno/. (06.01.2010) Man versuche sich vorzustellen, die Tradition, Wissen in lyrischer Form zu publizieren, htte sich bis auf den heutigen Tag fortgesetzt! Es ist wenig verwunderlich, da diese deftistische Philosophie von vielen spteren Philosophen (u.a. von Aristoteles) stark kritisiert wurde. Nur das Seiende ist, das Nichtseiende ist nicht. sagt PARMENIDES in diesem Zusammenhang.

9

10

11



2.1.6. HERAKLIT VON EPHESOS (* 540, 475)

H

ERAKLIT

ist der genau entgegengesetzten Ansicht seines

Zeitgenossen PARMENIDES (beide werden gerne auch als ungleiche Zwillinge bezeichnet): Nach seiner Ansicht sei

alles einer stndigen Vernderung unterworfen: Alles fliet und steht nicht still. (griech. , pnta rhe ka ondn mnei) ist ein Ausspruch, der ihm zugeschrieben wird12. Die Welt sei zudem aus Gegenstzen aufgebaut Tag und Nacht, Krieg und Frieden usw. die einander stndig abwechseln (Streit der Abb.8: HERAKLIT Gegenstze). HERAKLIT sieht die Welt also in einem dialektischen Verhltnis von Sein und Werden. Die Elemente wie Wasser und Erde seien entstanden und entstnden fortwhrend aus dem Feuer. Der Kosmos (griech. , [Welt-]Ordnung) sei eine materielle Ausformung eines Weltfeuers, nicht im Sinne eines Schpfungsmythos geschaffen und von ewigem Fortbestand. Das Weltfeuer selbst schlage materiell in andere Elemente um, aus denen sich der sichtbare Kosmos zusammensetze. Wegen der Schwierigkeit seiner Texte wurde HERAKLIT auch hufig der Dunkle oder der in Rtseln Redende genannt. 2.1.7. EMPEDOKLES VON AKRAGAS (* 500, 428)

W

hrend von den verschiedenen philosophischen Schulen zuerst das Wasser, spter die Luft, von den Eleaten die Erde und von HERAKLIT das Feuer als arch angesehen wurde13,

stellte der griechische Philosoph, Arzt, Politiker, Priester und Dichter EMPEDOKLES als erster diese vier Grundstoffe gleichberechtigt nebeneinander (Vier-Elemente-Theorie, siehe Abb.10 auf der nchsten Seite). Als treibende und formende Kraft zwischen diesen Elementen erscheinen bei ihm die vereinigende Liebe (griech. , philtes) und der trennende Hass (griech. , nekos). Seine Lehre stellt gewissermaen eine Verbindung von PARMENIDES und HERAKLIT dar: Das unvernderliche Sein ist der Stoff, das verndernde Werden die Kraft.Abb.9: EMPEDOKLES

12

Ein weiterer sehr bekannter Ausspruch lautet: Wer in dieselben Flsse hinabsteigt, dem strmt stets anderes Wasser zu., kurz: Man kann nicht zweimal in denselben Flu steigen. Da diese Anstze immer von e i n e m e i n z i g e n Urstoff ausgehen, spricht man auch von m o n i st i sc h en Philosophien.

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Abb.10: Vier-Elemente-Lehre des EMPEDOKLES

Zustzlich schrieb EMPEDOKLES den Elementen aber noch eine Eigenart zu, die unseren heutigen Elementen aus dem Periodensystem der Elemente entspricht: Er nahm an, die vier Elemente wren ewig existierende und unvernderliche Grundsubstanzen, die durch Vermischung die Vielfalt der Stoffe bilden EMPEDOKLES lehrte darber hinaus, da der Entwicklung der hheren Lebewesen die niederen Organismen vorausgingen. 2.1.8. ANAXAGORAS VON KLAZOMENAI (* 495, 435)

D

as System des aus Kleinasien stammenden ANAXAGORAS gilt als das komplizierteste der vorsokratischen Philosophie. Die Komplexitt seines Denkens rhrt sicherlich

daher, da er zwei unterschiedlichen Denktraditionen gerecht werden will: Einerseits mchte er wie die ionischen Denker die Welt durch die Entwicklung aus einem einzigen Urstoff beschreiben, andererseits ist er offensichtlich durch die eleatische Schule zu stark beeinflut, um zu einer naiven Welterklrung milesischen Abb.11: ANAXAGORAS Typs zurckkehren zu knnen.



In seinem Werk ber die Natur vertritt er die Ansicht, da die Welt aus einer Vielzahl winziger, unzerstrbarer und unvernderlicher, gleichartiger Teilchen (Homoiomerien, griech. , hmios, hnlich und , mros, Teil) mit einer qualitativen Mannigfaltigkeit bestehe, die durch einen unpersnlichen Weltgeist, dem sogenannten nous (griech. , Geist, Vernunft) zu den uns bekannten Substanzen zusammengebracht wrden. Der monistischen Tendenz, aber auch der Vier-Elemente-Theorie des EMPEDOKLES setzt er einen extremen Pluralismus entgegen, darber hinaus stellt er die These einer unendlichen Teilbarkeit auf. Wie Liebe und Streit bei EMPEDOKLES wird auch der Geist bei ANAXAGORAS als ein Prinzip von Bewegung angesehen, das in der milesischen Naturphilosophie nicht zu finden ist. 2.1.9. DEMOKRIT VON ABDERA (* 460, 371)

D

er thrakische Schler des LEUKIPP gilt als der letzte groe Naturphilosoph. Der Sohn reicher Eltern verwendete sein Vermgen fr ausgedehnte Reisen. Wie er sich selbst

rhmte, habe er dabei von allen Menschen seiner Zeit das meiste Land durchirrt und die meisten unterrichteten Mnner unter den Lebenden gehrt. Seine Kenntnisse erstreckten sich, wie das erhaltene Verzeichnis seiner beraus zahlreichen Schriften zeigt, ber den ganzen Umfang Abb.12: DEMOKRIT des damaligen Wissens. Sogar ber die Kriegskunst soll er wissend gewesen sein, soda ihn darin unter den folgenden Philosophen der Antike nur ARISTOTELES bertroffen zu haben scheint. Von seinen Schriften selbst sind allerdings auch nur Fragmente erhalten. DEMOKRITs Namen verbinden wir heute mit seiner Atomtheorie, deren erste Entwrfe aber schon sein Lehrer LEUKIPP (5. Jhd. v. Chr.) entworfen haben drfte. Die Hypothese als solche war jedoch uerst revolutionr. Htte es damals schon eine Boulevardpresse gegeben, htte sie auf seine Erkenntnisse mglicherweise mit einem reierischen Artikel auf der Titelseite (siehe AB1) reagiert. Der Atomismus wurde von einigen wenigen Philosophen weiterentwickelt, unter anderem von EPIKUR (341 271/270). Von (natur-)wissenschaftlichem Standpunkt geriet die Idee aber sptestens mit Aufkommen des Christentums (und der Glorifizierung ARISTOTELES als hchster philosophischer Autoritt, siehe auch Abschnitt 2.1.11.) in Vergessenheit.



Abb.13: Lebensdaten und Wirksttten wichtiger Vorsokratiker1414

Abb.13 modifiziert nach ANDEREGG (2007), URL: http://www.anderegg-web.ch/phil/philinhalt-frame.htm. (15.02.2010)

AB 1 BUCHEN (ODENWALD)ZENTRALGEWERBESCHULE

AB1: GRIECHISCHE NATURPHILOSOPHIE Dr. Bernd Stange, Februar 2010

Athen 9. August 410 v. Chr. 1 Drachme

Jetzt amtlich: Atom entdeckt!Abdera (dpa). Die Spekulationen haben ein Ende: Nicht Wasser ist der Urstoff, auch nicht Feuer oder Luft die Welt besteht aus sogenannten Atomen. Das jedenfalls behauptet der thrakische Philosoph DEMOKRIT, Schler des LEUKIPP. Er tritt folgenden Beweis an: Wenn man einen Gegenstand immer weiter teilt, erhlt man irgendwann ein kleinstes Teilchen, das sich nicht mehr teilen lsst. Diese unteilbaren Teilchen nennt DEMOKRIT Atome. Sie sind unvergnglich und unvernderlich, bestehen alle aus demselben Stoff, unterscheiden sich aber in Gre und Masse. Die vielfltigen Eigenschaften der Materie beruhen auf Unterschieden in Gestalt, Lage, Gre und Anordnung der Atome. In den einzelnen Dingen ist neben den Atomen in unterschiedlichem Mae Leere vorhanden. Enthalten sie viel Leere sind sie weich, sonst fest. In Wahrheit gibt es nur Atome und den leeren Raum., wird DEMOKRIT zitiert. Das ist das Ende der Naturphilosophie., entgegnen DEMOKRITs Kollegen in Athen und anderswo. SE

Er hats herausgefunden: DEMOKRIT VON ABDERA (51)

Atom

Seine Idee: Teilung z.B. eines Steines bis zu seinen kleinsten Bestandteilen, den Atomen. Diese sind nicht mehr teilbar.

AUFGABE: Fertigen Sie zum Abschnitt Griechische Naturphilosophie eine MindMap an. JOSTEIN GAARDER stellt in seinem Buch Sofies Welt einen Vergleich zwischen den Atomen DEMOKRITs und LEGO-Steinen an. Welche Parallelen erkennen Sie? (Erst berlegen, dann eventuell im Anhang nachlesen.)







2.1.10. PLATON (* 428/427, 348/347)15

Pma ist17.

LATON

16

wuchs in einer wohlhabenden Familie in Athen auf

und wurde mit 20 Jahren Schler des SOKRATES. Um das Jahr 387 v. Chr. grndete er die Akademie, die erste Philo-

sophenschule Griechenlands. PLATONs Werke die nahezu alle erhalten sind sind literarische Dialoge, meist zwischen einer Hauptfigur (hufig SOKRATES) und verschiedenen Gesprchspartnern, deren Mittelpunkt meist ein TheAbb.14: PLATON

Seine Naturlehre (neben der Beschftigung mit kosmologischen und mathematischen Fragen) stellt PLATON im Dialog Timaios 18 (um 360 v. Chr.) dar. An dieser Stelle wollen wir den Fokus aber lediglich auf die platonische Sichtweise von Elementen und Atomen richten. Ausgangspunkt sind die vier Elemente Feuer, Erde, Luft und Wasser. PLATON lt Timaios19 die Entstehung dieser Elemente thematisieren, die damit also nicht wirklich grundlegend seien, sondern aus einer Art geometrischer Atome, nmlich bestimmten Elementardreiecken bestnden, die sich in den Elementen zu regelmigen Krpern (Polyedern ) anordneten. Aufgrund ihrer geometrischen Verwandtschaft wandelten sich die Elemente ineinander um. Durch Zusammenste knnten sich die Elemente Feuer, Luft und Wasser aufspalten und entsprechend der Anzahl und den geometrischen Eigenschaft ihrer Elementardreiecke neu kombinieren. Die sinnlich wahrnehmbaren Unterschiede in den Qualitten realer Objekte wie beispielsweise die Aggregatzustnde des Wassers oder die Abstufungen von Erde zu Stein seien auf verschiedene Gren und Zusammensetzungen der Elementpolyeder und der Elementardreiecke zurckzufhren. Gewissermaen wird in PLATONs Naturphilosophie die Grundlage fr einen mathematischen Atomismus gelegt; vergleichbar hatten zuvor nur die Pythagorer diskutiert (Zahlen als kleinste Bausteine).15

Der Gre eines PLATON oder eines ARISTOTELES in so kurzen Abschnitten auch nur annhernd gerecht zu werden, ist ein aussichtsloses Unterfangen. Die Vielseitigkeit ihrer Begabungen und die Originalitt ihrer wegweisenden Leistungen als Denker und Schriftsteller machen beide Philosophen zu den bekanntesten und einflureichsten Persnlichkeiten der Geistesgeschichte. Ihre Wirkung reicht bis in die heutige Zeit und ist nach wie vor Forschungsgegenstand. Mglicherweise war sein Geburtsname eigentlich ARISTOKLES, der Name PLATON soll ihm wegen seiner breiten Stirn (, plats, griech. breit) verliehen worden sein. Diese Ansicht ist aber umstritten. Diese Literaturform wurde spter auch von anderen Gelehrten zur Verbreitung ihrer Ideen benutzt, u.a. von GALILEI in seinem Dialogo sopra i due massimi sistemi (ital. Dialog ber die beiden hauptschlichen Weltsysteme). Online verfgbar als deutsche bersetzung z.B. unter http://www.e-text.org/text/Platon - Timaios.pdf. (15.02.2010) Bei dem Hauptredner handelt es sich um TIMAIOS 5. vorchristlichen Jahrhunderts.VON

16

17

18 19

LOKROI, einem vermeintlichen pythagoreischen Philosophen des


AB2: DIE PLATONISCHEN KRPER Dr. Bernd Stange, Februar 2010

Es ist eine auerordentlich herausfordernde Aufgabe fr Textverstndnis und Vorstellungskraft, die tatschliche Gestalt der fnf heute platonisch genannten Krper abzuleiten. Lassen wir PLATON bzw. Timaios einmal persnlich zu Wort kommen:Da zunchst nun Feuer und Erde und Wasser und Luft Krper sind, das ist wohl jedem klar; zum Wesen jedes Krpers gehrt es aber, da er rumliche Ausdehnung besitzt. Und ferner mu die rumliche Ausdehnung unbedingt eine Oberflche um sich herum haben; die rechtwinklige Grundflche aber besteht aus Dreiecken. Alle Dreiecke jedoch gehen ursprnglich auf zwei zurck, von denen jedes einen rechten und zwei spitze Winkel hat. Von diesen zeigt das eine auf beiden Seiten die Hlfte eines rechten Winkels, der durch zwei gleiche Seiten auseinandergehalten ist; das andere hat ungleiche Teile eines rechten Winkels, zugeteilt an ungleiche Seiten.

Den Anfang wird denn also die erste Art machen, diejenige, die aus den kleinsten Teilen zusammengesetzt ist; ihr Bauelement ist das Dreieck, dessen Hypotenuse doppelt so lang ist wie die kleinere Kathete. Wenn nun je zwei dieser Art (zu einem Viereck) mit der Hypotenuse als Diagonale zusammengelegt werden und wenn das dreimal in der Weise gemacht wird, da die drei Diagonalen und die drei kurzen Katheten alle in einem Punkt wie in einem und demselben Zentrum zusammenstoen, so hat sich damit aus den sechs Dreiecken ein einziges, gleichseitiges ergeben. Vier solche gleichseitige Dreiecke aber, mit je drei Flchenwinkeln zusammengefgt, bilden zusammen einen stereometrischen Winkel (Raumwinkel), der (nach seiner Gre) unmittelbar auf den stumpfsten der (vier) flchenhaften Winkel folgt. Sind nun aber vier solche Winkel gebildet, so ergibt sich daraus die erste Art eines stereometrischen Gebildes, das die Eigenschaft hat, die gesamte Oberflche einer (umschriebenen) Kugel in gleiche und hnliche Stcke zu teilen. Die zweite Raumfigur ergibt sich aus den selben Dreiecken, wobei sich aber je acht zu einem gleichseitigen Dreieck vereinigt und zusammen einen einzigen stereometrischen Winkel aus vier flchenhaften gebildet haben; hat man dann sechs dieser Art entstehen lassen, so wurde damit der zweite Krper vollendet. Der dritte aber ergab sich aus der Zusammenfgung von zweimal sechzig Grunddreiecken und zwlf geometrischen Winkeln, wobei jeder von fnf Flchen aus gleichseitigen Dreiecken umfat wird; er bekam so zwanzig gleichseitige Dreiecke als Grundflchen. Nachdem nun das eine der beiden Grunddreiecke diese (drei Krper) hervorgebracht hatte, war es seiner Aufgabe ledig. Dagegen brachte nun das gleichschenklige Dreieck die Natur des vierten Krpers hervor: je vier solche traten zusammen; ihre rechten Winkel vereinigten sich im Mittelpunkt und bildeten so ein einziges gleichseitiges Viereck. Wenn man aber sechs dieser Art zusammenfgte, ergaben sich acht stereometrische Winkel, deren jeder aus drei rechtwinkligen Flchen zusammengefgt war.Quelle: PLATON, Timaios, 53c ff.

AUFGABE: Leiten Sie die geometrischen Formen der vier im Text genannten Krper ab.


AB2: DIE PLATONISCHEN KRPER Dr. Bernd Stange, Februar 2010



Die Elementardreiecke der genannten Krper bestehen entweder aus Dreiecken in Form halber Quadrate (rechtwinklig-gleichschenklig) oder Dreiecken halbierter gleichseitiger Dreiecke (rechtwinklig und Hypotenuse doppelt so lang wie die krzere Kathete). Bei richtiger Lsung ergibt sich als erster Krper ein Tetraeder, als zweiter ein Oktaeder, der dritte Krper ist ein Ikosaeder, der vierte der allgemein bekannte Wrfel. Die Zuordnung zu den vier Elementen zeigt Abb.15. Die Elemente20 lassen sich z.T. ineinander umwandeln, sagt PLATON, zwei Feuer- sollen beispielsweise ein Luft-Partikel oder ein Wasser- fnf Feuer-Teilchen21 ergeben. Lediglich die Erde lt sich wegen der quadratischen Grundflchen in kein anderes Element umwandeln. Der fnfte regelmige Krper ist das Dodekaeder. PLATON wies diesem da es sich nicht aus den beiden Dreieckformen zusammensetzen lt und daher nicht mit den vier Elementen in Beziehung gebracht werden kann den Kosmos zu.

Abb.15: Die fnf platonischen Krper

20 21

Als Elementbegriff verwendete PLATON den Ausdruck , stoicheion, griech. Grundstoff ( Stchiometrie). Zwei Feuer-Krper enthalten acht Elementardreiecke, ebenso wie ein Oktaeder, eine entsprechende Umrechnung gilt fr das zweite oder weitere Beispiele.



2.1.11. ARISTOTELES (* 384, 322)

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ach dem Tode ARISTOTELES im Jahre 322 vor unserer Zeitrechnung dauerte es rund 2000 Jahre, bis die Welt wieder einen ihm auch nur annhernd ebenbrtigen Phi-

losophen hervorbrachte, schreibt RUSSELL in seiner Philosophie des Abendlandes. 2000 Jahre galt alles, was ARISTOTELES gesagt hatte, als unanfechtbares Dogma, er war eine nahezu ebenso unbestrittene Autoritt wie die Kirche, was fr den Fortschritt der Wissenschaft wie der Philosophie ein ernsthaftes Hindernis war. Wer war dieser Abb.16: ARISTOTELES Mann, der sich zu fast jedem zu seiner Zeit bekannten Wissenschaftsgebiet geuert hat und eine so nachhaltige Rezeption erfuhr? ARISTOTELES wurde 384 v. Chr. in Stageira als Sohn des Leibarztes des makedonischen Knigs geboren. Als Siebzehnjhriger trat er PLATONs Akademie bei und bliebt dort 20 Jahre, zunchst als Schler, spter als Lehrer. Er unterrichtete ALEXANDER DEN GROSSEN und grndete 335/334 eine eigene Schule, das Lykeion (der Begriff hat in Lyzeum als alternative/antiquierte Bezeichnung fr das Gymnasium berlebt). ARISTOTELES war zudem uerst produktiv: Antike Verzeichnisse schreiben ihm etwa 200 Titel zu. Die aristotelische Elementenlehre baut ebenfalls auf EMPEDOKLES auf: Die vier Grundelemente ergeben sich jedoch aus dem Miteinander von vier Grundqualit ten, von denen jedes Element zwei besitze (siehe Abb.17 rechts): Das Feuer sei trocken und warm, die Erde trocken und kalt, die Luft feucht und warm, das Wasser feucht und kalt. Das fnfte Element (lat. quinta essentia Quintessenz), der ther , soll den vier stofflichen Elementen als unwandelbares und ewiges Wesen zugrundeliegen und sie durchdringen. Bestimmte Elementarbergnge (heute Phasenbergnge) lieen sich so als Qualittsbergange oder Transformationen erklren, z.B. Schmelzen als ein bergang von trocken/kalt hin zuAbb.17: Aristotelische Elementenlehre

feucht/kalt.



2.1.12. QUELLENDE CRESCENZO, LUCIANO (1985): Geschichte der griechischen Philosophie Die Vorsokratiker. Zrich: Diogenes. DE CRESCENZO, LUCIANO (1988): Geschichte der griechischen Philosophie Von Sokrates bis Plotin. Zrich: Diogenes. GAARDER, JOSTEIN (1993): Sofies Welt. Mnchen: Herder. GADAMER, HANS-GEORG (1988): Philosophisches Lesebuch. Band 1. Frankfurt: Fischer. KNIERIM, THOMAS (2009): Pre-socratic Greek Philosophy. URL: http://www.thebigview.com/greeks/. (10.02.2010) RAPP, CHRISTOF (1997): Vorsokratiker. Mnchen: C.H. Beck. RUSSELL, BERTRAND (1950): Philosophie des Abendlandes. 2.Aufl. Zrich: Europa. STRIG, HANS JOACHIM (1996): Kleine Weltgeschichte der Philosophie. Frankfurt: Fischer. WEISCHEDEL, WILHELM (1975): Die philosophische Hintertreppe. 23. Aufl. Mnchen: dtv. WIKIPEDIA DIE (10.02.2010) WIKIPEDIA DIE (10.02.2010) WIKIPEDIA DIE (10.02.2010) WIKIPEDIA (10.02.2010) WIKIPEDIA (10.02.2010)DIE FREIE

ENZYKLOPDIE (2010): Anaxagoras. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Anaxagoras. ENZYKLOPDIE (2010): Anaximander. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Anaximander. ENZYKLOPDIE (2010): Anaximenes. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Anaximenes. ENZYKLOPDIE (2010): Aristoteles. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Aristoteles. ENZYKLOPDIE (2010): Demokrit. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Demokrit.

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ENZYKLOPDIE (2010): Empedokles. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Empedokles.

WIKIPEDIA DIE FREIE ENZYKLOPDIE (2010): Epikur. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Epikur. (10.02.2010) WIKIPEDIA DIE FREIE ENZYKLOPDIE (2010): Heraklit. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Heraklit. (10.02.2010) WIKIPEDIA DIE (10.02.2010)FREIE

ENZYKLOPDIE (2010): Parmenides. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Parmenides.

WIKIPEDIA DIE FREIE ENZYKLOPDIE (2010): Platon. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Platon. (10.02.2010) WIKIPEDIA DIE FREIE ENZYKLOPDIE (2010): Thales. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Thales. (10.02.2010) WIKIPEDIA DIE FREIE ENZYKLOPDIE (2010): Timaios. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Timaios. (10.02.2010) WIKIPEDIA DIE FREIE ENZYKLOPDIE (2010): Vier-Elemente-Lehre. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/VierElemente-Lehre. (10.02.2010) WIKIPEDIA DIE (10.02.2010)FREIE

ENZYKLOPDIE (2010): Vorsokratiker. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Vorsokratiker.

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ANHANG I: AUSSCHNITT DIE NATURPHILOSOPHEN AUS JOSTEIN GAARDERS BUCH SOFIES WELT Dem norwegischen Schriftsteller JOSTEIN GAARDER (gesprochen ju:stan grdr) gelang 1991 mit dem Jugendbuch Sofies verden (Sofies Welt, 1994) der internationale Durchbruch. Seine Bcher zeichnen sich hufig durch einen philosophischen Hintergrund aus22. Zum Inhalt von Sofies Welt:Die vierzehnjhrige Sofie Amundsen erhlt eines Tages einen mysterisen Brief, in dem sie gefragt wird, wer sie sei. Dadurch angeregt, beginnt sie ber sich selbst und ihr Verhltnis zur Welt nachzudenken. Im Laufe der folgenden Wochen bekommt sie regelmig neue Briefe mit weiteren Fragen und Denkaufgaben. Es stellt sich heraus, da ein lterer Mann namens Alberto Knox der Verfasser dieser Briefe ist. Er mchte Sofie auf diese Weise einem Philosophiekurs unterziehen, jeder Brief ist einer wichtigen Epoche der Philosophie oder einem bekannten Denker gewidmet. Im Laufe der Erzhlung kommt es zu Verflechtungen in der Art einer Geschichte in der Geschichte, die zum Nachdenken ber Realitt und Illusion anregen soll.

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Weitere Bcher sind u.a. Das Kartengeheimnis, Durch einen Spiegel, in einem dunklen Wort und Maya oder das Wunder des Lebens.

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ANHANG II: AUSSCHNITT DEMOKRIT AUS JOSTEIN GAARDERS BUCH SOFIES WELT

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Skript Atombau und Periodensystem - Teil 1