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Die Entwicklung des Atommodells

Die Entwicklung des Atommodells

Die Hauptansichten über den Atomaufbau bis in die heutige Zeit.

Chemie

Schlagwörter

Atommodell, Demokrit, Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, Sommerfeld, Heisenberg, Schrödinger, Atomkern, Elektronenwolke, Atomstruktur, Proton, Elektron, Neutron, Elementarteilchen, atomos, Anregung, Spektrum, Quantummechanik, Chemie

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3D-Modelle

Demokrit

Nach Demokrit und seinem Lehrer Leukipp bestehen alle Stoffe aus winzigen, unteilbaren Teilchen, den Atomen.
Die Atome existieren ewig: sie können weder erschaffen noch vernichtet werden; in Größe und Form unterscheiden sie sich voneinander, sie können sich aber mithilfe kleiner Haken miteinander verbinden.
Die Eigenschaften der Atome bestimmen die Merkmale der verschiedenen Stoffe.
Zum Beispiel sind die in der Animation gezeigten, aus runden Atomen, mit dicken Haken bestehenden Stoffe bitter im Geschmack und klebrig. Die Atome der süß schmeckenden Stoffe sind klein und rund. Daher sind sie in der Lage in die verschiedensten Stoffe einzudringen und deren Geschmack zu verändern.
Heute wissen wir, dass dieses naive Modell des Atoms nicht stichhaltig ist, aber aus wissenschaftshistorischer Sicht einen bedeutungsvollen Gedanken darstellt, da damals, im 5–4. Jahrhundert vor Christus zum ersten Mal der Gedanke der Veränderlichkeit der Stoffe aufkam.

Dalton

Im 18. Jahrhundert war es bereits ein bekanntes Phänomen, dass das Massenverhältnis in bestimmten Verbindungen vorliegender Elemente immer in ganzen Zahlen ausgedrückt werden kann; so beträgt zum Beispiel im Wasser das Massenverhältnis zwischen Sauerstoff und Wasserstoff 8:1.
Dieses Phänomen erklärte der englische Chemiker John Dalton zu Beginn des 19. Jahrhunderts mit der Existenz der Atome. Seiner Meinung nach bestehen verschiedene Verbindungen aus der Vermischung unterschiedlicher Atome. Die Atome stellte er sich als winzige, nicht weiter teilbare kugelförmige Teilchen vor. Daltons Theorie basierte auf genauen Versuchsdaten, und auch wenn er mit der Unteilbarkeit der Atome unrecht hatte, so zeigte sich doch später, dass er ihre Existenz richtigerweise voraussetzte.

Thomson

Zum Ende des 19. Jahrhunderts wurde offensichtlich, dass die Lehre der Unteilbarkeit der Atome nicht weiter haltbar war. Während der Jahrhundertwende bemerkte der englische Physiker Joseph John Thomson, dass die Kathodenstrahlen aus negativ geladenen Teilchen bestehen, damit bewies er die Existenz der Elektronen.
In zahlreichen Versuchen machte er die Erfahrung, dass sich aus den Atomen jedes Elementes Elektronen lösen lassen, also jedes Atom Elektronen besitzt. Da die elektrische Ladung des Atoms neutral ist, nahm er an, dass die negativ geladenen Elektronen in einer positiv geladenen Masse eingebettet sind. Aufgrund dieser eigentümlichen Anordnung nennt man dieses Modell auch „Rosinenkuchen-Modell“.

Rutherford

In Ernest Rutherfords Versuch wurde Goldfolie mit Alphateilchen, also Helium-Atomkernen, bombardiert. Der Großteil der Alphateilchen durchquerte die Folie ungehindert, viele von ihnen veränderten ihre Flugbahn, einige jedoch wurden zurückgeworfen.
Wäre Thomsons Atommodell korrekt, dann wären die Alphateilchen zwar verlangsamt, aber doch ohne Richtungsänderungen durch das Metall gekommen. Das erhaltene Versuchsergebnis ist dann möglich, wenn die größte Masse der Goldatome sich an einem sehr kleinen Ort konzentriert.
Aufgrund dessen arbeitete Rutherford sein Atommodel, in dem die Elektronen in Kreisbahnen um den positiv geladenen Atomkern kreisen, aus und veröffentlichte es 1911. Der Umfang des Atomkerns beträgt ungefähr ein Zehntausendstel des Atomumfanges.

Bohr

Die Entwicklung des Bohrschen Atommodells war deshalb nötig, da bei Rutherfords Modell, den Berechnungen nach, die um den Atomkern kreisenden Elektronen ständig Energie abgeben müssten, was sie verlangsamen und in einer Spiralbahn in den Atomkern stürzen lassen würde.
Der Erfahrung nach lösen sich die Atome aber nicht auf, weshalb Rutherfords Modell einer Überarbeitung bedurfte. Das Problem löste der dänische Physiker Nils Bohr 1913 dadurch, dass er voraussetzte die Elektronen würden nur auf festen Bahnen um den Kern kreisen. Deshalb können sie nicht in den Kern stürzen, wohl aber von einer auf die andere Bahn überspringen.
Wenn es Energie in Photonenform aufnimmt, so gerät das Elektron in Erregung und springt in eine, vom Kern weiter entfernte Umlaufbahn höherer Energie; in eine Umlaufbahn geringerer Energie gelangt es durch Photonenabgabe.
Da das Elektron nur die zum Sprung nötige Photonenenergie aufnehmen, bzw. abgeben kann, ist die Strahlung nicht beständig. Dies entspricht im Fall des Wasserstoffatoms den Versuchsergebnissen.

Sommerfeld

Sommerfeld veröffentlichte 1920 eine Weiterentwicklung des Bohrschen Atommodells, das Bohr-Sommerfeldsche Atommodell.
Auch für dieses Modell gilt, dass die Elektronen nur auf festen Bahnen kreisen, allerdings können dies auch Ellipsenbahnen sein.

Heisenberg, Schrödinger

  • X
  • Y
  • Z

Das Heisenberg-Schrödinger-Modell wird auch Quantenmechanisches Modell genannt, da es das Bohr-Sommerfeld-Modell um das Konzept der Quantenmechanik erweitert. Nach diesem Konzept sind die Aufenthaltsorte der einzelnen Teilchen nicht genau Bestimmbar, daher werden die Elektronenhüllen als Elektronennebel beschrieben. Die einzelnen Elektronen befinden sich mit bestimmten Wahrscheinlichkeiten an bestimmten Orten innerhalb dieser Elektronennebel. Die Kernhülle besteht aus Kernschalen und Orbitalen, die mit s, p, d, und f bezeichnet werden.
Nach dem heutigen Wissensstand beschreibt dieses Modell die Realität am genauesten.

Narration

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