Theorien und Modelle
Da der Aufbau der Stoffe im Bereich des Mikrokosmos´ liegt und daher für das menschliche Auge selbst mit optischen Hilfsmitteln kaum noch zu erkennen ist, versucht der Naturwissenschaftler mit Theorien und Modellen sich Erscheinungen in der Natur besser erklären zu können.
Ein Modell ist eine Darstellung, die der Wirklichkeit angenähert ist. Es darf die Wirklichkeit vereinfachen, jedoch nicht verfälschen.
1. Modellvorstellung
Bereits 400 vor Christus nahmen die griechischen Philosophen Leukipp und dessen Schüler Demokrit von Abdera die Existenz kleinster Teilchen von Stoffen an und nannten diese A-tomos = unteilbar (-> Atom!). Angaben über Eigenschaften der Atome wurden jedoch nicht gemacht und Experimente zur Überprüfung der Überlegung wurden nicht durchgeführt.
2. Modellvorstellung
Das Kugelteilchenmodell
1808: Englischer Mathematiker und Naturwissenschaftler John Dalton (1766 - 1844):
1. Atome sind unveränderlich und unteilbar.
2. Atome haben kugelförmige Gestalt
3. Atome sind massiv
4. Atome eines Elements sind in Größe und Masse gleich
5. Atome verschiedener Elemente sind in Größe und Masse unterschiedlich
3. Modellvorstellung
Das Kern-Hülle-Modell
1911: Britischer Physiker Ernest Rutherfort (1871 - 1937): Streuversuch:
Das Verhalten von α-Teilchen in dem Versuch
- Fast alle α-Teilchen durchdringen die Atomschichten der Goldfolie ohne jede Behinderung.
- Nur einige wenige α-Teilchen durchdringen die Goldfolie zwar, werden aber von ihrer ursprünglichen Bahn abgelenkt.
- Nur einige wenige α-Teilchen werden von der Goldfolie reflektiert.
Rutherfort wiederlegte mit seinem Streuversuch das Dalton´sche Kugelteilchenmodell: Atome können nicht massiv sein!
4. Modellvorstellung
1913: Dänischer Physiker Niels Bohr (1885 - 1962): Verfeinerung des Kern-Hülle-Modells:Schalenmodell:
| Elementarteilchen | Symbol | Aufenthaltsort | Ladung | Masse |
|---|---|---|---|---|
| Protonen | Atomkern | +1 | ~1u | |
| Neutronen | n | Atomkern | keine! | ~1u |
| Elektronen | Atomhülle | -1 | ||
Es gibt sieben Elektronenschalen. Je weiter eine Elektronenschale vom Atomkern entfernt ist, desto mehr Elektronenbahnen kann sie enthalten. Dabei lässt sich die maximale Elektronenbesetzung einer Elektronenschale nach der allgemeinen Formel berechnen (n = Nummer der entsprechenden Schale).
| Elektronenschale | ||
|---|---|---|
| Name | Nummer | maximale Besetzung |
| K | 1 | 2 |
| L | 2 | 8 |
| M | 3 | 18 |
| N | 4 | 32 |
| O | 5 | 50 |
| P | 6 | 72 |
| Q | 7 | 98 |
Die vorhandenen Elektronen besetzen die Elektronenschalen immer von innen nach außen. Die Außenschale kann jedoch nur mit höchstens 8 Elektronen, den Außenelektronen besetzt werden. Diese sind für das chemische Verhalten eines Elements verantwortlich.