Der Atomaufbau

Fach Chemie

Klasse 9

Autor Joker2017

Veröffentlicht am 20.05.2018

Schlagwörter

Atomaufbau Atome Atom Dalton

Zusammenfassung

Dieses Referat beschäftigt sich mit dem Aufbau der Atome. Es wird die geschichtliche Entwicklung der Forschung vom Beginn des 19. Jahrhunderts bis heute beschrieben. Der Atomaufbau wird anhand von verschiedenen Modellen erläutert.

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Das Atom hat seinen Ursprung im Griechischen und bedeutet unteilbar. Die Atome sind die kleinsten Teilchen im Teilchenmodell. Sie bestehen aus einem Atomkern, welcher fast die komplette Masse der Atoms ausmacht und der positiv geladen ist, sowie aus einer dünnen, negativ geladenen Atomhülle, in der sich die Elektronen auf ihren Bahnen bewegen.

Die Anzahl der positiven Protonen des Atomkerns entspricht immer der Anzahl der negativ geladenen Elektronen in der Atomhülle. Insgesamt ist ein Atom daher elektrisch neutral. Heute wird der Aufbau von Atomen üblicherweise mit dem nach Niels Bohr benannten, Bohr’schem Atommodell, auch Schalenmodell genannt, beschrieben. Bis zu diesem Modell war es ein langer Weg. Historisch wurden Atome zunächst wie folgt dargestellt:

Der Aufbau eines Atoms nach John Dalton

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts hat der englische Chemiker John Dalton ein Modell entwickelt, welches den Aufbau von Stoffen aus Atomen erläuterte. Die wichtigsten Kernaussagen seiner Atomtheorie sind:

1.) Jedes chemische Element besteht aus äußerst kleinen, kugelförmigen Teilchen.
2.) Atome desselben chemischen Elements sind immer gleich groß und gleich schwer.
3.) Atome unterschiedlicher chemischer Elemente sind unterschiedlich groß und unterschiedlich schwer. Also existieren genauso viele Atomarten wie es chemische Elemente gibt.
4.) Atome können nicht durch chemische Reaktionen erzeugt oder zerstört werden.
5.) Alle Stoffe bestehen aus Atomen. Bei einer chemischen Reaktion entstehen keine neuen Atome.

Hieraus folgt das Gesetz der Erhaltung der Masse, weil vor, während und nach einer chemischen Reaktion stets gleich viele Atome vorhanden sind, die weder schwerer noch leichter werden.

Der Aufbau eines Atoms nach Joseph John Thompson

Ende des 19. Jahrhunderts, im Jahre 1897 wies Joseph John Thompson nach, das Kathodenstrahlen aus Elektronen bestehen. Er bestimmte im Vakuum das Verhältnis Ladung : Masse. Er vermutete zu dieser Zeit schon, dass sich die Elektronen in den Atomen der Kathode befangen. Anfang der 20. Jahrhunderts, in den Jahren 1903 – 1904 entwickelte Joseph John Thompson ein Atommodell, welche genauer war, als alle bisherigen. Er gab den Atomen eine innere Struktur und war der erste Naturwissenschaftler, welche die Atome nicht als massive, unteilbare Teilchen beschrieb.

Er veranschaulichte die Atome anhand eines Rosinenkuchens. Diese Metapher brachte dem entstandenen Atommodell den Beinamen „Rosinenkuchenmodell“ ein, obwohl es sich eigentlich um das Thompsonsche Atommodell handelte. In diesem Modell stellt die Teigmasse eine elektrisch positiv geladene Masse dar, auf dem negativ geladene Elektronen, wie Rosinen auf einem Kuchen, verteilt sind. Die positiven Ladungen und die negativen Ladungen gleichen sich aus, auch noch Joseph John Thompson sind Atome elektrisch neutral.

Im ihrem Grundzustand, ist die Verteilung der Elektronen stets so, dass die potienzielle Energie kleinstmöglich ist. Erst durch eine Anregung werden die Elektronen in Schwingung gebracht. Wie anhand der Modellbeschreibung klar wird, ist das Thompsonsche Atommodell bereits deutlich genauer, als das Atommodell nach Dalton. Dies liegt unter anderem daran, dass zwischen den beiden Atommodellen entwicklungstechnisch knapp 100 Jahre liegen. Doch auch wenn das Thomsonsche Atommodell deutlich genauer als das von Dalton ist, so ist es nicht fehlerfrei. Die Anzahl der Elektronen ist deutlich kleiner, als er dies vermutete. Diese Ungenauigkeiten und Fehler entdeckte Joseph John Thompson ungefähr zwei Jahre nach der Entwicklung des Modells selbst, als er mit Röntgenstrahlung experimentierte.

Der Aufbau eines Atoms nach Ernest Rutherford

Während zwischen den beiden Atommodellen von John Dalton und Joseph John Thompson noch knapp 100 Jahre liegen, folgten weitere Atommodelle in deutlich kürzeren Abständen, von wenigen Jahren.
So entwickelte der britische Chemiker und Physiker Ernest Rutherford im Jahre 1909 das Kern – Hülle – Modell des Atoms. Er war der erste Naturwissenschaftler, der erkannte, dass die Atome aus einem Atomkern und einer Atomhülle bestehen. Sein Atommodell war um ein Vielfaches genauer, als die von Dalton und Thompson.

Der Aufbau eines Atoms nach Niels Bohr

Wiederum nur vier Jahre später, also 1913, entwickelte der dänische Chemiker Niels Bohr, das oben bereits angesprochene Schalenmodell des Atoms. Dieses war noch etwas genauer, als das Kern – Hülle – Modell von Ernest Rutherford. Das Bohrsche Atommodell wird in der Regel heute benutzt, um den Aufbau von Atomen anschaulich zu erklären.
In der Mitte befindet sich stets der positiv geladene Atomkern. Dieser ist von der sogenannten K – Schale umgeben. Auf dieser Befinden sich maximal zwei Elektronen. Auf die K – Schale folgt die L – Schale, auf der sich acht Elektronen befinden können. Nach der L – Schale folgt die M – Schale usw.

Die Elektronen auf der äußeren Schale werden als Valenzelektronen bezeichnet. Die chemischen Elemente streben nach der sogenannten Oktettregel, acht Valenzelektronen an, um den Edelgaszustand zu erreichen. Hieraus folgt, dass Elemente welche sich ein einer niedrigen Hauptgruppe befinden, und somit wenige Valenzelektronen besitzen, ihre Valenzelektronen abgeben möchten und umgekehrt, dass Elemente welche sich in einer hohen Hauptgruppe befinden, und somit viele Valenzelektronen besitzen, gerne weitere Valenzlelektronen aufnehmen möchten. In der achten Hauptgruppe befinden sich die reaktionsträgen Edelgase, welche acht Valenzelektronen haben. Die Periode in der sich das jeweilige Element befindet, gibt an, wie viel Schalen das Atom hat. Hierdurch wird klar, dass mit Hilfe eines Periodensystems der Elemente sofort abgelesen werden kann, wie das Atom eines bestimmten Elementes aussieht. Hierfür müssen lediglich die Periode sowie die Hauptgruppe, in welcher sich das Element befindet, korrekt abgelesen werden.

Die Entwicklung eines korrekten und anschaulichen Modells bezüglich des Atomaufbaus dauerte mehr als 100 Jahre und erforderte den wissenschaftlichen Pioniergeist und Tatendrang mehrerer berühmter Chemiker und Physiker, welche unabhängig voneinander arbeiteten.

Quellenangaben

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