Weiterentwicklung der Atommodelle

Oft kommt die Frage, welches “Atommodell” nun das (wissenschaftlich) richtige ist. Nun könnte man sagen: das “jüngste” Atommodell ist immer das wissenschaftlich korrekte. Diese Aussage ist natürlich korrekt, so entwicklen sich die Atommodell aufgrund der immer besseren “Forschungsmöglichkeiten” weiter. Allerdings heisst das nicht, dass damit die Vorgänger-Modelle automatisch falsch sind. Welches Atommodell man nun verwendet, um wissenschaftliche Ergebnisse zu begründen, hängt auch davon ab, was man beschreiben will. So ist beispielsweise das Atommodell von Dalton ausreichend, um die Massenerhaltung bei chemischen Reaktionen zu erklären

Warum wurde das Atommodell weiterentwickelt?

Das es so etwas wie kleinste Teilchen gibt, musste nicht erst durch Experimente bewiesen werden. Daher wird seit dem Atommodell von Demokrit “postuliert”, dass alle Stoffe aus kleinsten Teilchen bestehen. Erst im 18. Jhd. wurde der Nachweis von kleinsten Teilchen in Experimenten gesucht. Aus diesen Experimenten entstand das Atommodell von Dalton. Alle chemischen Verbindungen bestehen aus “Reinstoffen” (Elementen), die immer im gleichen Verhältnis in der Verbindung vorkommen.

• Atommodell von Dalton: Mit diesem Atommodell ließen sich die Eigenschaften von Elementen nicht erklären (z.B. warum ist Natrium elektrisch leitfähig und Helium nicht? oder warum reagieren Natrium und Kalium ähnlich, aber Natrium und Eisen nicht?). Dies liegt daran, dass Dalton Atome als “unteilbare” Teichen ansah und mit einer Modellvorstellung nicht erklären konnte, wie Ionen entstehen. Da “Dalton” noch keine “Protonen und Neutronen” im Atomkern kannte (deren Anzahl die Atommasse ausmachen), kann das Atommodell von Dalton unterschiedliche Atommassen nicht erklären.

• Atommodell von Rutherford: Für dieses Modell gilt ähnliches wie für das Dalton-Modell. Mit dem Atommodell von Rutherford konnten Eigenschaften erkärt werden, die mit dem Dalton-Modell nicht möglich waren. Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem Atommodell von Dalton und Rutherford ist, dass unterschiedliche Atommassen erklärbar sind. So hat ein Sauerstoffatom eine höhere (Atom)Masse als ein Wasserstoffatom, da der Sauerstoffatom mehr Protonen (und mehr Neutronen) im Atomkern aufweist.

• Atommodell von Bohr: Im Gegensatz zu den vorherigen Atommodellen von Dalton oder Rutherford kann das Bohrsche Atommodell die Verteilung der Elektronen im Atom erklären. Im Unterschied zu dem Atommodell von Rutherford kann man daher mit dem Bohrschen Atommodell die chemische Reaktivität von Stoffen erklären und warum sich einzelne Elemtfamilien (z.B. Alkalimetalle) chemisch ähnlich verhalten. Im Gegensatz zum Rutherfordschen Modell erklärt das Bohrsche Atommodell die Valenzelektronen. Mit dem Bohrschen Atommodell lässt sich beispielsweise erklären, warum Edelgase kaum reaktiv (=> Edelgaskonfiguration)

Hinweis:

Wie eingangs erwähnt, sind die unterschiedlichen Atommodelle das “Ergebnis” von Experimenten bzw. wissenschaftlichen Berechnungen. Im Rahmen dieser Experimente ist nie das gesamte Atommodell betrachtet worden, sondern nur Eigenschaften, die mit dem “bisherigen” Atommodell nicht (richtig) erklärt werden konnten. Daher ist jedes Atommodell an einen Gültigkeitsbereich gebunden, so lassen sich alle chemischen und physikalischen EIgenschaften auch nicht mit dem Bohrschen Atommodell vollständig erklären.

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Weiterentwicklung der Atommodelle – Testfragen/-aufgaben

1. Welche vier Wissenschaftler haben maßgeblich zur Weiterentwicklung der Atommodelle beigetragen?

Die maßgeblichsten Wissenschaftler zur Weiterentwicklung der Atommodelle sind John Dalton, J. J. Thomson, Ernest Rutherford und Niels Bohr.

2. Was postuliert Dalton’s Atommodell?

Dalton’s Atommodell postuliert, dass Atome unveränderliche und unteilbare Einheiten sind und dass alle Atome eines Elements gleich sind, unabhängig davon, woher es kommt.

3. Was beschreibt das Rosinenkuchenmodell von J.J. Thomson?

Das Rosinenkuchenmodell von J.J. Thomson beschreibt das Atom als eine homogene Kugel positiver Ladung mit eingebetteten negativ geladenen Elektronen.

4. Was liefert Rutherford’s Goldfolienexperiment als Beweis?

Rutherford’s Goldfolienexperiment liefert den Beweis, dass ein Atom hauptsächlich aus leerem Raum besteht und einen dichten Kern im Zentrum aufweist, den Nukleus.

5. Was ist das Besondere an Bohr’s Atommodell?

Das Besondere an Bohr’s Atommodell ist, dass es annimmt, dass Elektronen in bestimmten Bahnen oder Energiezuständen um den Nukleus kreisen.

6. Wie entwickelte sich das Atommodell nach Bohr weiter?

Nach Bohr wurde das Atommodell weiter als Quantenmechanisches Modell entwickelt, bei dem die Elektronen in sogenannten Atomorbitalen beschrieben werden.

7. Welches ist die aktuell akzeptierte Atomtheorie?

Die aktuell akzeptierte Atomtheorie ist das Quantenmechanische Modell.

8. Was ist die Unterscheidung zwischen einem Orbital und einer Elektronenschale nach Bohr?

Ein Orbital ist eine räumliche Darstellung, wo ein Elektron mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit aufzufinden ist, während eine Elektronenschale nach Bohr einen festgelegten Weg darstellt, auf dem ein Elektron den Atomkern umkreist.

9. Was ist die Heisenberg’sche Unschärferelation und wie beeinflusst sie das Atommodell?

Die Heisenberg’sche Unschärferelation besagt, dass man einerseits nicht gleichzeitig den genauen Ort und die Geschwindigkeit eines Teilchens bestimmen kann, was dazu führt, dass Atome durch Wahrscheinlichkeitsverteilungen beschrieben werden müssen.

10. Was ist das Prinzip der Wellen-Teilchen-Dualität und wie beeinflusst es die Vorstellung von Atomen?

Das Prinzip der Wellen-Teilchen-Dualität besagt, dass Teilchen wie Elektronen sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften haben können. Dies hat zu einem tieferen Verständnis der Natur von Atomen geführt und unterstützt die Idee von Elektronenwahrscheinlichkeitswolken im Quantenmechanischen Modell.