Daltons Atommodell

Der Weg zum Atommodell

Das Verständnis vom Aufbau und den Eigenschaften von Stoffen hat sich im Laufe der Zeit stetig verändert. Es war und ist geprägt von den zur Entstehung der Modelle herrschenden Vorstellungen und experimentellen Möglichkeiten. John Dalton leistete mit seinem Atommodell einen bedeutenden Erkenntnisgewinn zum Aufbau der Materie und zur Systematisierung der Elemente. Er gilt daher als einer der Begründer der modernen Chemie.

John Dalton

John Dalton (1766-1844) war ein englischer Naturforscher und Lehrer, der sich vor allem mit Meteorologie und den Gasen der Atmosphäre beschäftigte. Er unternahm viele Naturstudien, führte Experimente durch, baute meteorologische Instrumente und entwickelte zahlreiche Theorien und Modelle. Seine Arbeiten markieren den wichtigen Schritt der Chemie weg von ihren alchemistischen Ursprüngen in die Moderne. Dalton veröffentlichte sein Atommodell 1808 innerhalb des Werks New System of Chemical Philosophy. Es beinhaltet viele wichtige Aussagen, die wir im Folgenden näher betrachten werden.

Daltons Atommodell – Kernaussagen

1. Chemische Elemente bestehen aus kugelförmigen, nicht weiter zerlegbaren Teilchen: den Atomen.
2. Die Atome eines Elements sind identisch, d. h., sie besitzen die gleiche Masse und das gleiche Volumen.
3. Bei chemischen Reaktionen können sich zum einen Verbindungen aus mehreren Atomen trennen, zum anderen neue Verbindungen entstehen.
4. Eine Neubildung oder Zerstörung von Atomen sowie eine Umwandlung von einer Atomsorte in eine andere sind nicht möglich.

Die Kernaussagen Daltons waren zur damaligen Zeit ein großer Fortschritt, haben heute jedoch nur noch teilweise Gültigkeit. Doch dazu später mehr.

Daltons Atommodell – Erläuterungen und Beispiele

Gibt es unendlich viele Atomsorten?

Bereits der griechische Philosoph Demokrit (460-371 v. Chr.) bezeichnete die kleinsten unteilbaren Bestandteile der Materie als Atome (von altgriechisch átomos, „unteilbar“). Dalton übernahm dies in sein Modell, im Gegensatz zu Demokrit ging er jedoch nicht von einer unendlichen Zahl von Atomen aus. Die Anzahl der Atomsorten entspricht der Anzahl der in der Natur vorkommenden Elemente. So befinden sich beispielsweise in Gold ausschließlich Goldatome ($\ce{Au}$) und in Schwefel nur Schwefelatome ($\ce{S}$). Verschiedene Atome besitzen also verschiedene Eigenschaften.

Wie sehen Atome aus?

Dalton postulierte auch, dass Atome kugelförmige Gebilde seien. Die von ihm selbst gebauten Atom‑Holzkugeln sind noch heute in Manchester (UK) ausgestellt. Sie dienten seinen Studenten als anschauliche Darstellung seines Modells und revolutionierten die Vorstellung von Materie grundsätzlich.

Wie ist Materie aufgebaut?

Mithilfe der hölzernen Atomkugeln konnten verschiedene Verbindungen dargestellt und in ihre Einzelteile zerlegt werden. Die Grundlage für das Aufstellen chemischer Reaktionsgleichungen war geschaffen. Dabei erfolgt die Trennung bzw. Umordnung der Atome in ganzzahligen Vielfachen. Am Beispiel von Kohlenstoff ($\ce{C}$) und Sauerstoff ($\ce{O}$) sieht dies folgendermaßen aus:

$\ce{\color{red}{1} C + \color{red}{1} O -> \color{red}{1} CO}$ (Kohlenstoffmonoxid)
$\ce{\color{red}{1} C + \color{red}{2} O -> \color{red}{1} CO2}$ (Kohlenstoffdioxid)

Für die Bildung von einem Molekül Kohlenstoffmonoxid braucht es ein Atom Kohlenstoff und ein Atom Sauerstoff. Im Fall von Kohlenstoffdioxid benötigen wir hingegen ein Atom Kohlenstoff und zwei Atome Sauerstoff. In Abgrenzung zur Alchemie erklärte Dalton weiterhin, dass eine Umwandlung von Atom $\ce{A}$ nach $\ce{B}$ nicht möglich sei. Aus Schwefel ($\ce{S}$) kann beispielsweise niemals Gold ($\ce{Au}$) hergestellt werden, da Schwefelatome nicht in Goldatome wandelbar sind.

Daltons Atommodell – Bedeutung für die Chemie

Dalton lieferte mit seinem Atommodell nachträglich die Erklärung für zuvor aufgestellte Theorien, wie z. B. das Gesetz von der Erhaltung der Masse von Lavoisier (1785), das Gesetz der konstanten Proportionen von Proust (1799) sowie für das von ihm selbst aufgestellte Gesetz der multiplen Proportionen (1803). Er bestimmte zahlreiche Atommassen, darunter jene von Kohlenstoff ($\ce{C}$) und Sauerstoff ($\ce{O}$). Dafür legte er das Wasserstoffatom $\ce{H}$ als Grundeinheit mit der Masse $\text{1}$ fest und leitete die weiteren Atommassen aus den Massenverhältnissen der chemischen Reaktionen ab. Zu seinen Ehren wurde lange Zeit vor allem im englischsprachigen Raum die Einheit $\pu{Dalton (Da)}$ verwendet. Heute verwendet man als atomare Masseneinheit $\pu{unit (u)}$. Anhand der systematischen Betrachtung von Atomen, die die verschiedenen Elemente und Verbindungen aufbauen, schuf er viele Grundlagen für die weitere Forschung. So gehen beispielsweise die Einführung von Elementsymbolen durch Berzelius und die spätere Entwicklung des Periodensystems durch Mendelejew auf sein Modell zurück.

Daltons Atommodell – Probleme und Grenzen

Dalton gilt als Vater der modernen Atomtheorie, denn sein Modell war wegweisend. Dennoch hat sich der Wissensstand über 200 Jahre später durch neue Erkenntnisse und Untersuchungsmethoden weiterentwickelt. Folgende Punkte zeigen die Grenzen und Probleme des daltonschen Atommodells auf:

• Atome sind sehr wohl teilbar. Sie bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Protonen und Neutronen sind aus noch kleineren Elementarteilchen zusammengesetzt. Dalton konnte also erklären, dass Elemente und Verbindungen aus Atomen bestehen, jedoch nicht warum sie miteinander reagieren.
• Eigenschaften wie Radioaktivität und Prozesse wie die Kernfusion oder die Kernspaltung lassen sich mit Daltons Atommodell ebenfalls nicht erklären. Dabei entstehen bzw. zerfallen Atome und es werden andere Atomsorten gebildet. Dies hatte Dalton ausgeschlossen.
• Entgegen Daltons Theorie gibt es verschiedene Atomsorten eines Elements: die Isotope. Diese besitzen zwar gleiche Protonen- aber unterschiedliche Neutronenzahlen. Sie unterscheiden sich demzufolge in ihrer Masse, sind also nicht identisch.

Daltons Atommodell – Zusammenfassung

In diesem Video geht es um die daltonsche Atomhypothese. Dazu wird die Hypothese vor dem zeitlichen Hintergrund erklärt. Daltons Modell hatte großen Einfluß auf die Naturwissenschaften – welchen genau, zeigt der 4. Teil des Videos und im letzten Teil wird noch einmal das hier besprochene Thema zusammengefasst. Im Anschluss kannst du dein erworbenes Wissen anhand der Übungen und Arbeitsblätter testen.

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