Wenn alles aus Atomen besteht, warum sieht dann nicht alles gleich aus? [geschlossen]

Nicht alle Atome sind gleich. Uran ist ganz anders als Wasserstoff und verhält sich ganz anders, weil es viel mehr Protonen/Neutronen in seinem Kern und viel mehr Elektronen hat. Es ist ein viel komplexeres Atom.

Unterschiedliche Atome bilden unterschiedliche Moleküle mit unterschiedlichen Eigenschaften. Wenn Sie das Verhalten physikalischer Materialien vergleichen, vergleichen Sie wirklich das Verhalten verschiedener Moleküle , nicht einfach verschiedener Atome. Wasserstoffgas ist bei Raumtemperatur gasförmig und Eisen ist fest, weil ihre Atome unterschiedliche Moleküle mit unterschiedlichen Arten chemischer Bindungen (sowohl atomar als auch intermolekular) bilden.

Kurz gesagt: Molekulares Verhalten ist viel komplexer, als einfach nur aus äquivalenten Atomen zusammengesetzt zu sein, die gleich aussehen und sich gleich verhalten.

Ich wollte die Antwort von @Time4Tea mit etwas mehr Einzelheiten ergänzen. In Ihrer Frage erwähnen Sie Farbe und Härte, also werde ich diese beiden ein wenig erweitern.

1. Farbe: Die meiste Materie, die wir kennen, besteht aus chemischen Verbindungen (die einzige einatomige Verbindung, die Sie normalerweise in stabiler Form finden, ist Helium). Die Farben, die wir beobachten, stammen von 1) der Absorption und Emission von Energie – in Form von Photonen (Lichtkörperchen) – von Elektronen auf atomaren/molekularen Energieniveaus. Die Energie einzelner Photonen ergibt sich aus ihrer Frequenz, jede Frequenz entspricht einer bestimmten Farbe. Höhere Energien bedeuten höhere Frequenzen ($E=h\nu$). 2) die Oszillation von Atomen in den chemischen Verbindungen. Die Verbindungen haben Gleichgewichtslängen und -winkel, und die Atome schwingen um diese Gleichgewichtspunkte mit einer bestimmten Frequenz. Die Farbe des Lichts, das von derselben Frequenz erzeugt wird (dies wird in der Kernspinresonanz ausgenutzt, die bei medizinischen MRIs angewendet wird).

2. Die Härte ist eine Folge der Bindungen zwischen den Atomen und Molekülen in Festkörpern. Bei Metallen und Keramiken spiegelt die Härte wider, wie viel Energie aufgewendet werden muss, um die Bindung zwischen Atomen zu verformen (oder aufzubrechen). Eine stärkere Bindung (höhere Bindungsenergie) macht das Material härter. Im Fall von Polymeren (dh Kunststoffen) sind die Bindungen nicht die der Moleküle selbst, sondern die Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Ketten, aber die Idee ist die gleiche.

Wie @Time4Tea sagte, sind also nicht alle Atome gleich. Diese Aussage gilt auch für Verbindungen. Dies sollte Ihnen eine ungefähre Vorstellung davon vermitteln, warum diese Eigenschaften so sind, wie sie sind.

Wenn wir die Moleküle für einen Moment ignorieren und nur relativ reine Proben jedes Elements betrachten, werden Sie feststellen, dass viele von ihnen sehr ähnlich aussehen .

Es ist ein Meer von leichten Variationen von „Grau“, mit nur wenigen Feststoffen, die unterschiedliche Farben haben (Kupfer, Gold), und ein paar Flüssigkeiten und Gasen, die etwas Farbe hinzufügen. Die Porträts in diesem Bild sind Elemente, die in winzigen Mengen synthetisiert wurden, sodass möglicherweise nicht genug davon zum Fotografieren vorhanden ist.

Hier ist eine Möglichkeit, die meisten Antworten zu verallgemeinern, die hier von anderen gegeben wurden.

Was wir in unserem Alltag von Atomen erleben, wird hauptsächlich durch die äußersten Elektronen bestimmt, die diese Atome besitzen. Es sind diese Elektronen, die bestimmen, wie sich die Atome an andere Atome binden, und es ist die spezifische Natur dieser Bindungen, die wiederum bestimmt, ob der resultierende Festkörper hart, weich, spröde oder duktil ist – oder ob er überhaupt ein Festkörper ist . Darüber hinaus sind es diese äußersten Elektronen, die dafür verantwortlich sind, einigen Substanzen Farbe und anderen entweder Transparenz oder Opazität zu verleihen.

Die andere Antwort ging nicht auf die verschiedenen Farben ein (ich gehe davon aus, dass Sie nur nach sichtbarem Licht fragen).

Nun, nach unserem heutigen Wissen bestehen Atome aus Quarks (und Gluonen) und Elektronen, und das sind die elementaren Bausteine.

Nun lassen sich diese elementaren Bausteine ​​auf unterschiedliche Weise kombinieren und so unterschiedliche Atome aufbauen.

Diese verschiedenen Atome haben die Fähigkeit, Photonen unterschiedlicher Wellenlänge zu absorbieren und zu emittieren (in Ihrem Fall Licht unterschiedlicher Farbe). Hier geht es um Absorptions- und Emissionsspektren.

Das Emissionsspektrum eines chemischen Elements oder einer chemischen Verbindung ist das Spektrum der Frequenzen elektromagnetischer Strahlung, die aufgrund eines Übergangs eines Atoms oder Moleküls von einem Zustand hoher Energie in einen Zustand niedrigerer Energie emittiert wird. Die Photonenenergie des emittierten Photons ist gleich der Energiedifferenz zwischen den beiden Zuständen. Für jedes Atom gibt es viele mögliche Elektronenübergänge, und jeder Übergang hat eine spezifische Energiedifferenz. Diese Sammlung unterschiedlicher Übergänge, die zu unterschiedlichen abgestrahlten Wellenlängen führen, bilden ein Emissionsspektrum. Das Emissionsspektrum jedes Elements ist einzigartig.

https://en.wikipedia.org/wiki/Emission_spectrum

Die Hauptsache ist, dass jedes Emissionsspektrum einzigartig ist. Jedes der verschiedenen Atome (die unterschiedliche Moleküle aufbauen) hat die Fähigkeit, unterschiedliches Licht zu absorbieren und zu emittieren.

Auf die Gefahr hin, heruntergeschrien zu werden, muss ich darauf hinweisen, dass OP tatsächlich zu einem sehr großen Teil korrekt ist, das einzige, was OP aus den Augen verloren hat, ist die Skalierung.

Jedes der relativ wenigen grundlegenden Objekte (bleiben wir hier bei Atomen/Elementen) hat seine eigene Farbe und Härte (hier bleiben wir immer noch bei OP). Aber die „Objekte“, auf die sich OP bezieht, sind nicht grundlegend. Sie sind makroskopische Ansammlungen einer sehr großen Anzahl von Wechselwirkungen, die auf makroskopischer Ebene mit Instrumenten/Sinnen beobachtet werden, die nicht entworfen oder empfindlich genug sind, um die grundlegenden Eigenschaften zu erkennen, über die OP sich beschwert, nicht sehen zu können.

Bleiben wir bei der Farbe (und ignorieren die Komplexität, wie Farbe tatsächlich entsteht), sehen ein „rotes“ Atom und ein „gelbes“ Atom aus der Entfernung von OP und auf der kontinuierlichen Farbskala im Gehirn von OP wie ein „orangefarbener“ Klumpen (Molekül) aus. Gehen Sie und stehen Sie nah genug und OP wird die Atome sehen. Verwenden Sie eine quantisierte Beobachtungsmethode (Spektrograph?) Und OP sieht nur das ursprüngliche reine „Rot“ und „Gelb“. Fügen Sie ein weiteres „Rot“ hinzu und aus der Nähe sieht alles ziemlich „gleich“ aus, aber zoomen Sie wieder heraus und plötzlich gibt es einen anderen Farbton. Die scheinbare Komplexität der Farbe existiert nur auf der Farbskala des Gehirns von OP und in seiner Beobachtungsentfernung.

Wenn die Atome nur mit langen/kurzen oder unterschiedlich tief eingeschlagenen Gummi-/Stahlnägeln zusammengenagelt werden, dann entsteht aus Einfachheit schnell Komplexität für „Härte“.

Endeffekt. OP nimmt scheinbare Komplexität auf makroskopischer Ebene wahr, denn dort lebt OP und dafür wurde das Gehirn entwickelt. OP ist nicht in der Lage, die reine Einfachheit des Mikroskopischen zu sehen (letztendlich der heilige Gral der vereinheitlichten Feldtheorien, ToE oder wie auch immer der Geschmack diese Woche genannt wird), weil OP nicht dafür ausgestattet ist, es zu erkennen, und sowieso zu weit entfernt steht.

Nebenbei. Wenn der Homo Physicus jemals die Sinne entwickelt hätte, die in der Lage wären, die absolut feinen Details des Universums zu erkennen, wäre er innerhalb von Femtosekunden tot. Nicht nur aus Langeweile, schier unendlich viele Eigenschaften beobachten zu müssen, um das Interessante zu finden; nicht nur wegen des Hungers, denn es gibt unendlich viele interessante Ereignisse, die man durchmachen muss, um ein Mittagessen zu finden; nicht nur wegen des Total Perspective Vortex ; aber höchstwahrscheinlich, weil der darwinistische Überlebenswert, zu wissen, dass "... es ist alles ziemlich gleich, weißt du ..." nicht so wertvoll ist, wie diesen Teil des Universums dort drüben zu meiden, der wie ein Bus / Säbelzahntiger aussieht .......