Atommodelle: Dalton, Thomson und Rutherford
Atome sind die kleinsten Teilchen eines chemischen Elements. Sie sind so klein, dass man sie auch mit einem Lichtmikroskop nicht sehen kann. Deshalb entwickelten Wissenschaftler Atommodelle. Ein Modell beschreibt, wie ein Atom aufgebaut sein könnte. Es wird verändert, wenn neue Versuche neue Ergebnisse liefern.
Das Atommodell von Dalton (1803)
John Dalton beschrieb Atome als kleine, massive Kugeln. Nach seiner Vorstellung sind Atome unteilbar. Alle Atome eines Elements sind gleich und haben dieselbe Masse. Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in ihrer Masse. Bei chemischen Reaktionen werden Atome nicht zerstört, sondern nur neu verbunden.
Das Atommodell von Thomson (1904)
Joseph John Thomson untersuchte 1897 Kathodenstrahlen. Dabei entdeckte er das Elektron. Elektronen sind negativ geladen und sehr leicht. Damit war klar: Atome sind nicht unteilbar, sie bestehen aus kleineren Teilchen. Da Atome nach außen elektrisch neutral sind, muss es auch positive Ladung geben. Thomson stellte sich das Atom als gleichmäßig positiv geladene Kugel vor, in der die Elektronen verteilt sind. Man nennt es deshalb auch Rosinenkuchenmodell.
Die Reibungselektrizität kann mit dem Modell erklärt werden.
Überprüfe dein Wissen mit der folgenden Animation.
Der Streuversuch von Rutherford (1909–1911)
Ernest Rutherford überprüfte Thomsons Modell mit einem Experiment, das seine Mitarbeiter Hans Geiger und Ernest Marsden durchführten. Als Geschosse verwendeten sie Alphateilchen. Alphateilchen entstehen beim radioaktiven Zerfall bestimmter Stoffe, zum Beispiel Radium. Sie bestehen aus zwei Protonen und zwei Neutronen, sind also Heliumkerne. Sie sind positiv geladen und sehr schnell.
Die Alphateilchen wurden auf eine sehr dünne Goldfolie geschossen. Um die Folie herum stand ein Leuchtschirm. Traf ein Alphateilchen den Schirm, entstand ein kleiner Lichtblitz. So konnte man sehen, wohin die Teilchen flogen.
Die Beobachtungen waren:
- Fast alle Alphateilchen flogen geradeaus durch die Folie.
- Einige wurden leicht abgelenkt.
- Sehr wenige, etwa eines von 8000, wurden stark abgelenkt oder prallten sogar zurück.
Verfolge die α-Teilchen auf ihrer Flugbahn durch die Folie:
https://www.chemie-interaktiv.net/html5_flash/a110.html
Rutherford zog daraus folgende Schlüsse:
- Das Atom besteht größtenteils aus leerem Raum. Deshalb fliegen die meisten Alphateilchen hindurch.
- Im Zentrum liegt ein sehr kleiner Atomkern. Er ist positiv geladen und enthält fast die gesamte Masse des Atoms. Positive Alphateilchen, die dem Kern sehr nahe kommen, werden von ihm abgestoßen.
- Um den Kern befindet sich die Atomhülle. Dort bewegen sich die negativ geladenen Elektronen.
Der Atomkern ist etwa 10 000- bis 100 000-mal kleiner als das ganze Atom. Wäre der Kern so groß wie eine Erbse, hätte das Atom die Größe eines Fußballstadions.
Die Bestandteile des Atoms nach heutigem Wissen
Später wurde genauer untersucht, woraus der Kern besteht. Rutherford wies 1919 das Proton nach. James Chadwick entdeckte 1932 das Neutron. Heute unterscheidet man drei Atombausteine:
Das Proton befindet sich im Kern. Es ist positiv geladen (+1) und hat etwa die Masse 1 u.
Das Neutron befindet sich ebenfalls im Kern. Es ist elektrisch neutral und hat fast dieselbe Masse wie ein Proton.
Das Elektron befindet sich in der Hülle. Es ist negativ geladen (−1) und etwa 1800-mal leichter als ein Proton.
Protonen und Neutronen bilden zusammen den Atomkern. In einem neutralen Atom ist die Anzahl der Elektronen gleich der Anzahl der Protonen. Die Anzahl der Protonen bestimmt, um welches Element es sich handelt. Ein Goldatom hat zum Beispiel immer 79 Protonen.
Deswegen ist die Anzahl der Protonen im Periodensystem der Elemente (PSE) unten links am Elementsymbol zu finden. Die Anordnung der Elemente erfolgt nach der Zahl der Protonen im Periodensystem. Die Zahl nennt man deswegen Ordnungszahl und sie entspricht der Protonenzahl.
Die Kernteilchen sind die Neutronen und Protonen und ergeben fast die gesamte Masse des Atoms.
Zusammenfassung
Dalton: Atome sind unteilbare, massive Kugeln.
Thomson: Atome enthalten Elektronen, die in einer positiven Kugel verteilt sind.
Rutherford: Atome haben einen kleinen, positiven und schweren Kern und eine große, fast leere Hülle mit Elektronen.
Übung Kern-Hülle-Modell:
https://dband.bthomsen.de/atomkern.html
bearbeitet mit Claude1