Atomtheorie: Modelle, Teilchen und Kennzahlen (Dalton, Thomson, Rutherford)

Daltons Atomtheorie (1808)

Im Jahre 1808 veröffentlichte der englische Physiker John Dalton (1766–1844) seine Vorstellungen über die Konstitution der Materie. Diese Postulate können wie folgt zusammengefasst werden (in moderner Sprache):

• Atome bestehen aus extrem kleinen Teilchen, die unteilbar und unzerstörbar sind.
• Jedes chemische Element besteht aus identischen Atomen, die sich jedoch von den Atomen anderer chemischer Elemente unterscheiden.
• Chemische Verbindungen entstehen durch die Vereinigung von Atomen verschiedener Elemente, immer im gleichen Verhältnis.

Grundlegende Definitionen

• Chemisches Element: Eine Substanz, die nicht weiter in einfachere Stoffe zerlegt werden kann, da sie nur aus Atomen eines einzigen Typs besteht.
• Verbindung (Composite): Stoffe, die in einfachere Stoffe zerlegt werden können, da sie Atome mehrerer Arten von Elementen umfassen.
• Elektrolyse: Das Zerlegen der Elemente in einer Verbindung mithilfe von Elektrizität.

Thomsons Plum-Pudding-Modell

Thomson stellte fest, dass Elektronen sehr kleine Partikel mit negativer Ladung sind. Basierend auf dieser Entdeckung schlug er ein neues Atommodell vor:

Das Atom besteht aus einer positiv geladenen Kugel, in der negativ geladene Elektronen verteilt sind (wie Rosinen in einem Kuchen), sodass das Atom elektrisch neutral ist.

Das Rutherford-Modell und Subatomare Teilchen

Später wurde entdeckt, dass Atome weitere subatomare Teilchen enthalten: Elektronen, Protonen und Neutronen.

• Protonen: Haben die gleiche elektrische Ladung wie Elektronen, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen (positiv), und eine viel größere Masse.
• Neutronen: Besitzen keine elektrische Ladung und ihre Masse ist fast identisch mit der des Protons.

Ordnungszahl (Z) und Massenzahl (A)

Die Ordnungszahl (Z)

Die Ordnungszahl (Z) ist die Anzahl der Protonen, die ein Atom besitzt. Ein chemisches Element ist dadurch gekennzeichnet, dass alle seine Atome die gleiche Anzahl von Protonen im Kern haben.

Die Massenzahl (A)

Die Massenzahl (A) ist die Gesamtzahl der Teilchen im Kern eines Atoms, d. h. die Summe der Protonen und Neutronen.

Die Anzahl der Neutronen (N) ergibt sich aus der Differenz zwischen Massenzahl und Ordnungszahl: N = A - Z.

Isotope und Ionen

Isotope

Isotope sind Atome desselben chemischen Elements (gleiche Ordnungszahl Z), die sich jedoch in ihrer Massenzahl (A) unterscheiden, da sie eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen besitzen.

Ionen

Ionen sind Atome, die Elektronen verloren oder gewonnen haben und dadurch elektrisch geladen sind:

• Kationen: Wenn ein neutrales Atom Elektronen verliert, wird es positiv geladen und in ein Kation umgewandelt.
• Anionen: Wenn ein neutrales Atom Elektronen gewinnt, wird es negativ geladen und in ein Anion umgewandelt.