1. Leseprobe - STARK Verlag

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Atombau und Periodensystem –
ein untrennbarer Zusammenhang
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Vorstellungen über den Bau der Atome
Der griechische Philosoph DEMOKRIT (um 460 – 380 v.Chr.) begründete
auf rein empirischem Wege den Begriff des Atoms (griech. atomos =
das Unteilbare). Seine Leistung beruht auf der Überlegung, dass ein Körper nicht unbegrenzt teilbar sein kann, da am Ende eine kleinste Einheit
übrig bleiben muss. Entscheidender Grundgedanke seiner „Atomistik“
ist demzufolge die Annahme der Existenz kleinster, unteilbarer
Körper. Über viele Jahrhunderte gab es keine neue Theorie oder gar ein
Modell zur Beschreibung des Aufbaus der Materie. Erst im 18. Jahrhundert führte die Entwicklung der Chemie als selbstständige Naturwissenschaft wieder zur Beschäftigung mit der Frage, wie Materie aufgebaut ist.
1.1 Erste Atommodelle –
Entwicklung aus Grundgesetzen und Versuchen
Quantitative Untersuchungen chemischer Reaktionen führten am Ende
des 18. Jahrhunderts zur Formulierung von drei immer noch gültigen
Gesetzmäßigkeiten:
• Das Gesetz von der Erhaltung der Masse besagt, dass bei einer
chemischen Reaktion die Masse der Edukte gleich der Masse der Produkte ist (1789, Antoine Laurent de LAVOISIER).
• Joseph-Louis PROUST formulierte 1794 das Gesetz der konstanten
Proportionen: Elemente in einer chemischen Verbindung kommen
immer im gleichen konstanten Massenverhältnis vor.
Reagieren z. B Eisen und Schwefel zu Eisen(II)-sulfid (FeS), so stets im
Massenverhältnis m(Fe) : m(S) = 7 : 4 = 1 : 0,571. 88 g Eisen(II)-sulfid
bestehen also immer aus 56 g Eisen und 32 g Schwefel.
• Dieses Gesetz konnte von dem englischen Chemiker und Physiker
John DALTON 1808 zu dem Gesetz der multiplen Proportionen
erweitert werden: Manche Elemente können miteinander eine Reihe
verschiedener Verbindungen eingehen. Die Massen desselben Elements in den verschiedenen Verbindungen stehen zueinander im
Verhältnis kleiner ganzer Zahlen.
2  Atombau und Periodensystem – ein untrennbarer Zusammenhang
Chlor bildet verschiedene Oxide, so z. B.
ClO :
m(Cl) : m(O) =
1 : 0,451 ⋅ 1
ClO2 :
m(Cl) : m(O) = 1 : 0,902 =
1 : 0,451 ⋅ 2
ClO3 :
m(Cl) : m(O) = 1 : 1,353 =
1 : 0,451 ⋅ 3
In gleich großen Massen der drei Oxide ist im Chlordioxid genau die
doppelte Masse und im Chlortrioxid genau die dreifache Masse an
Sauerstoff im Vergleich zu Chlormonoxid enthalten.
Das Atommodell von Dalton – Atome sind verschieden
Als theoretische Grundlage zur Erklärung dieser Gesetze schuf Dalton
das erste Atommodell, das folgende Eigenschaften vereinte:
• Atome sind die kleinsten Teilchen aller Elemente und sind unveränderlich.
• Jedes Element besteht aus einer anderen Atomsorte, folglich gibt es
so viele Atomsorten wie Elemente.
• Jede Atomsorte besitzt eine ganz bestimmte Masse.
• Atome verbinden sich bei chemischen Reaktionen in bestimmten
Zahlenverhältnissen miteinander.
Das Atommodell von Thomson – das „Rosinenkuchenmodell“
Die Entdeckung des Elektrons veranlasste den aus England stammenden
Joseph J. THOMSON (1856 –1940) zur Modifizierung des bestehenden
Modells dahingehend, dass das Atom aus einer positiv geladenen
Masse besteht, in der die negativ geladenen Elektronen gleichmäßig
verteilt sind („Rosinenkuchenmodell“) und die positive Ladung kompensieren.
Thomson bestimmte die Masse des Elektrons zu:
m(e–)
= 0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 911 g
= 0,911 ⋅ 10 –27 g ≈ 1 ⋅ 10 –30 kg
Die Quelle der positiven Ladung kannte Thomson jedoch nicht.
Das Atommodell von Rutherford – das „Kern-Hülle-Modell“
Der neuseeländische Physiker Ernest RUTHERFORD (1871–1937) konnte
1910 mit seinem berühmt gewordenen Streuversuch nachweisen,
dass positive und negative Ladungen im Atom voneinander getrennt
sind. In einem kleinen Atomkern befindet sich die positive Ladung des
Atoms, während sich die Elektronen in einer im Vergleich zum Kern
riesigen Hülle ungeordnet bewegen.