Chemische Reaktionen

Chemische Reaktionen 4

0.4 Das DALTONsche Atommodell

Atommodelle		Was ist überhaupt ein Atommodell? Hier meine eigene Spezialdefinition: Ein Atommodell ist eine endliche Menge widerspruchsfreier Aussagen über Atome! Das war's.
Konstante Massenverhältnisse		Das DALTONsche Atommodell kann man dann wie folgt beschreiben: 1. Atome sind die kleinsten Teilchen aller Elemente. 2. Atome sind unteilbar damit unzerstörbar. 3. Jedes Element besteht aus einer anderen Atomsorte; es gibt genau so viele Atomsorten, wie es Elemente gibt. 4. Jede Atomsorte hat eine bestimmte Masse und einen bestimmten Durchmesser. 5. Bei chemischen Reaktionen lagern sich die Atome der Ausgangsstoffe lediglich um. 6. Atome verschiedener Elemente verbinden sich in bestimmten Zahlenverhältnissen miteinander.
Sinn eines Modells		Wozu dient ein solches Atommodell eigentlich? Wie wir bereits auf der letzten Seite gesehen haben, kann man mit Hilfe von solchen Modellen Phänomene der Wirklichkeit treffend nicht nur beschreiben oder sogar richtig erklären, sondern man kann auch überprüfbare Vorhersagen machen. Das wollen wir jetzt mal üben! Übung 1: Erklärung von Phänomenen. Warum bleibt die Gesamtmasse bei chemischen Reaktionen erhalten? Erklärung: Aussage 2 - Atome sind unzerstörbar Folgerung: Die Atome der Ausgangsstoffe können bei der Reaktion nicht verschwinden. Auch können keine neuen Atome aus dem Nichts entstehen. Die Zahl der Atome bleibt also konstant. Aussage 4 - Jede Atomsorte hat eine bestimmte Masse. Folgerung: Wenn die Zahl der Atome konstant bleibt, und wenn jedes Atom eine bestimmte Masse hat, und wenn kein Atom leichter oder schwerer werden kann, dann bleibt auch die Gesamtmasse aller Atome während der Reaktion erhalten.   Warum verbindet sich 1 g Kupfer immer mit einer bestimmten Masse Schwefel? Erklärung: Aussage 6 - Atome versch. Elemente verbinden sich in best. Zahlenverhältnissen miteinander. Folgerung: Ein Kupferatom verbindet sich z.B. immer mit einem Schwefelatom. Aussage 4 - Jede Atomsorte hat eine bestimmte Masse Folgerung: Angenommen, 1 Cu-Atom hat eine Masse von x und 1 S-Atom eine Masse von y, dann verbinden sich immer x Masseneinheiten Kupfer mit y Masseneinheiten Schwefel.   Übung 2: Überprüfbare Vorhersagen Wenn ein Kupferatom 64 Masseneinheiten und ein Schwefelatom 32 Masseneinheiten hat, und wenn sich stets 1 Kupferatom mit 1 Schwefelatom verbindet, wieviel kg Kupfersulfid entsteht dann aus 1 kg Kupfer? 64 Masseneinheiten Cu verbinden sich mit 32 Masseneinheiten S zu 96 Masseneinheiten CuS. Das entspricht einer Massenzunahme von genau 50% (Anm.: ich habe die Zahlen so gewählt, dass man leicht rechnen kann). Aus 1 kg Kupfer sollten dann 1,5 kg Kupfersulfid entstehen. Diese Vorhersage kann nun überprüft werden.   Wenn sich ein Sauerstoffatom sowohl mit einem Kupferatom zu CuO wie auch mit zwei Kupferatomen zu Cu2O verbinden kann, dann sollten auch zwei verschiedene Arten von Kupferoxid existieren. Auch diese Vorhersage kann überprüft werden; in der Tat existieren zwei verschiedene Kupferoxidsorten, nämlich rotes Kupferoxid und schwarzes Kupferoxid. Viele natürliche Phänomene und viele erst im Experiment zugängliche Tatsachen kann man mit Hilfe des DALTONschen Atommodells recht gut erklären. Es gibt aber auch eine Reihe von Phänomenen, die man damit überhaupt nicht erklären kann. Kommen wir also zu den Grenzen des Atommodells von DALTON.
Grenzen eines Modells		Jedes Atommodell hat seine Grenzen, es kann nicht alle Phänomene erklären, die es gibt. So kann das DALTON-Modell z.B. nicht erklären, warum einige Atome nicht stabil sind, sondern in kleinere Atome zerfallen, und warum dabei radioaktive Strahlung auftritt. Auch kann das DALTONsche Modell nicht erklären, warum sich z.B. der Kohlenstoff immer mit genau vier Wasserstoffatomen verbindet und nicht mit drei oder fünf. Es kann weiterhin nicht erklären, wieso z.B. das Element Quecksilber bei Zimmertemperatur flüssig ist, das Element Eisen aber nicht. Oder warum sich Natrium und Kalium recht stürmisch mit Sauerstoff verbinden, Silber und Gold dagegen nicht. Oder warum Metalle den elektrischen Strom leiten, Nichtmetalle aber nicht. Und so weiter. Es gibt sehr viele Phänomene, die das DALTONsche Atommodell nicht erklären kann. Und was macht man in einem solchen Fall? Stößt man das Atommodell vom Sockel der Wissenschaft und erfindet ein neues? Keinesfalls. Denn das Atommodell kann ja eine ganze Reihe von Erscheinungen durchaus erklären. Man muss es so ergänzen, das man weitere Phänomene mit dem Modell erklären kann. Vorerst werden wir aber weiterhin mit dem DALTONschen Atommodell arbeiten, das wir nur um eine Aussage erweitern: 7. Atome können sich gegenseitig anziehen. Durch Zufuhr von Energie können diese Anziehungskräfte überwunden werden.
		Nächstes Kapitel: Die Atommasse