Die Entwicklung der Atomtheorie und Modelle

Seit der Antike wurde die Aufspaltung von Materie in winzige Teile untersucht. Die Griechen nannten diese winzigen Teile der Materie Atome; sie galten als unteilbar und unsichtbar.

Die Atomtheorie von Dalton

Im Jahre 1808 griff John Dalton die Vorstellungen der Griechen auf und entwickelte sie zu einer Theorie weiter. Dabei legte er folgende Definitionen fest:

• Materie besteht aus Atomen.
• Ein Element ist ein Stoff, dessen Atome alle gleich sind.
• Eine Verbindung besteht aus einer Substanz, die aus verschiedenen Atomen in einem konstanten Zahlenverhältnis gebildet wird.

Die Teilbarkeit des Atoms

Im Gegensatz zu dem, was die Griechen dachten, ist das Atom teilbar. Wir können das Atom in kleinere Teilchen zerlegen, das heißt, es besteht aus anderen Elementarteilchen.

Die elektrische Natur der Materie

In einfachen Experimenten können wir sehen, wie bestimmte Materialien Phänomene der Anziehung und Abstoßung zeigen. Diese Erscheinungen finden ihre Erklärung in den elektrischen Ladungen der Materie, die sowohl positiv als auch negativ sein können. Objekte, die eine Ladung des gleichen Typs erworben haben, stoßen sich ab, während sich Ladungen unterschiedlicher Typen anziehen. Dennoch ist der Großteil der Materie elektrisch neutral.

Elektronen und Protonen

Studien zu Beginn des 20. Jahrhunderts ermöglichten es, die Teilchen innerhalb des Atoms zu identifizieren, die für die negative und positive Ladung verantwortlich sind. Ein Mangel oder Überschuss an Elektronen führt dazu, dass ein Körper positiv oder negativ geladen ist.

Experimente und atomare Modelle

Verschiedene Modelle versuchen, die Verteilung dieser Teilchen zu erklären. Ernest Rutherford zog aus seinen Experimenten sehr genaue Schlussfolgerungen für sein Kern-Hülle-Modell:

1. Das Atom hat einen zentralen Kern, in dem fast die gesamte positive Masse konzentriert ist.
2. Die positiv geladenen Protonen werden durch die negative Ladung der Elektronen außerhalb des Zellkerns ausgeglichen.
3. Im Kern entspricht die Anzahl der Protonen der Anzahl der Elektronen im Atom.
4. Die Elektronen kreisen mit hoher Geschwindigkeit in großer Entfernung um den Kern.

Die Entdeckung der Neutronen

In diesem Modell gab es jedoch ein Problem: Die Masse der Protonen und Elektronen allein stimmte nicht mit der Gesamtmasse des Atoms überein. Daher nahm man an, dass es weitere Teilchen ohne elektrische Ladung gibt, die man Neutronen nannte. Infolgedessen wurde die Struktur des Atoms wie folgt definiert:

• Zentraler Bereich (Kern): Besitzt eine positive Ladung und enthält die Mehrheit der Masse des Atoms (Protonen + Neutronen). Eine variable Anzahl von Neutronen bedeutet, dass sich die Masse des Atoms in einem gewissen Bereich ändern kann.
• Äußerer Bereich: Elektronen umkreisen den Kern in gleicher Anzahl wie die Protonen, wodurch das gesamte Atom elektrisch neutral ist.