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Daltons Atommodell

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Die Autor*innen
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André Otto
Daltons Atommodell
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Beschreibung Daltons Atommodell

Inhalt

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.

Dieses Video

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.

Transkript Daltons Atommodell

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um die Daltonsche Atomhypothese. Das Video gehört zur Reihe "Atombau". Als Vorkenntnisse solltest du den Chemieunterricht für Anfänger von vielleicht etwa einem halben Jahr besucht haben. Im Video möchte ich dir etwas über die Bedeutung, den Inhalt und die Auswirkungen der Atomhypothese erzählen.

Das Video besteht aus 5 Abschnitten:

  1. Chemie vor 200 Jahren
  2. Man braucht Ordnung
  3. Mr. Dalton greift ein
  4. Auswirkungen auf die Forschung und 5. Zusammenfassung  
  5. Chemie vor 200 Jahren: Vor etwa 200 Jahren hatten die Naturwissenschaften mit dieser Art der Untersuchungen fast vollständig abgeschlossen. Könnt ihr euch denken, was ich damit meine? Versucht es herauszubekommen, während ich zeichne. Na klar, die meisten von euch werden es sicher schon erkannt haben. Es handelt sich um die Alchemie. Die Alchemie war drauf und dran, sich in die Wissenschaft umzuwandeln, die wir heute kennen. Und wie die heißt, das weiß jeder von euch. Aber was frage ich noch, ihr wisst es schon längst: Es ist die Chemie. Die Chemie als eigene Naturwissenschaft war noch ganz jung. Man kann sagen: Die junge Chemie befand sich im Aufbau. Das 18. Jahrhundert hatte hervorragende Chemiker hervorgebracht: Henry Cavendish, Antoine Laurent de Lavoisier, Leblanc, Andreas Siegesmund Marggraf, Joseph Priestley, Joseph Louis Proust, Karl Wilhlem Scheele, Joseph Louis Gay-Lussac. Aber es fehlte noch etwas in der jungen Wissenschaft Chemie.

  6. Man braucht Ordnung: Viele, viele Stoffe waren bereits entdeckt worden, doch sie waren alle durcheinander und nicht systematisiert. Man musste unter ihnen eine Ordnung schaffen. Die Frage war nur: Wie sollte das geschehen?

  7. Mr. Dalton greift ein: Jede Naturwissenschaft besteht aus 2 Bestandteilen - nämlich aus der Theorie und dem Experiment. Beide gehören zusammen und ergänzen sich. Die Situation vor 200 Jahren musste man sich bildlich etwa so vorstellen: Links auf der Waage befindet sich ein kleines lebhaftes Männchen, rechts auf der Waage steht ein großer unbeholfener Riese. Links, das ist die Theorie, und rechts wird das Experiment symbolisiert. Zwischen beiden besteht ein gewaltiges Ungleichgewicht. Und hier greift der Wissenschaftler John Dalton ein: Die von ihm entwickelte Daltonsche Atomhypothese stammt aus dem Jahr 1808. Sie besteht aus mehreren wichtigen Punkten:

  8. Chemische Elemente bestehen aus Atomen. Das sind kleinste Teilchen, die nicht zerlegbar sind.
  9. Atome eines Elements haben gleiche Massen. Zum Beispiel kann ein Element aus kleineren gleichen Teilchen bestehen, ein anderes Element besteht auch aus gleichen Teilchen - diese sind aber größer und haben entsprechend größere Massen.
  10. Chemische Reaktionen hat man sich so vorzustellen: Schaut euch einmal die Bildfolge aufmerksam an. Es kann zu einer Trennung von Teilchen kommen, oder aber - schaut bitte weiter: Es kann auch zu einer Verbindung von Teilchen kommen. Wir notieren: Trennung und Verbindung von Teilchen bei chemischen Reaktionen sind möglich. Die Zerstörung von Teilchen hingegen, ist nicht möglich. Auch eine Neubildung von Teilchen aus zerstörten Teilchen findet nicht statt. Man trifft auch keine Umwandlung von Teilchen in andere Teilchen an.

  11. Auswirkungen auf die Forschung: Noch vor 1808 hatten Gay-Lussac und Alexander von Humboldt die prozentuale Zusammensetzung des Wassers ermittelt. Unter Benutzung der Atomhypothese konnte nun Dalton Atommassen bestimmen. 1 ermittelte er für Wasserstoff, 5,4 für Kohlenstoff und 7 für Sauerstoff. Man kannte damals die Formel des Wassers noch nicht. Wenn man die richtige Formel des Wassers anwendet, erhält man folgende Werte: Wasserstoff bleibt, Kohlenstoff 10,8 und Sauerstoff 14. Die exakten Werte sind 12 und 16. Ich denke, ein hervorragendes Ergebnis vor immerhin 200 Jahren. Auf die Atomhypothese bauten in späteren Jahren viele Forschungen auf. Berzelius festigte den Elementebegriff durch die Einführung von Elementesymbolen. Und andere Forscher benutzten die Atomhypothese: Friedrich Wöhler, Justus von Liebig, Eilhard Mitscherlich, Dmitri Iwanowitsch Mendelejew, Lothar Meyer und noch viele andere.

  12. Zusammenfassung: John Dalton entwickelte seine Atomhypothese im Jahre 1808. Elemente bestehen aus kleinsten Teilchen, den Atomen. Sind die Massen der Teilchen verschieden (zum Beispiel 1 und eine Masse größer 1), so gehören sie zu verschiedenen Elementen. Und schließlich ganz wichtig: Bei chemischen Reaktionen können Atome getrennt oder zusammengefügt werden. Sie können aber nicht zerstört oder neu gebildet werden. Und auch die Umwandlung verschiedener Atome ineinander ist nicht möglich.

Mit diesem Bild möchte ich mich von euch verabschieden. Ich hoffe, ich konnte euch etwas helfen. Ich wünsche euch alles Gute. Auf Wiedersehen.

17 Kommentare

17 Kommentare
  1. war schon gut of corse

    Von Ennow, vor etwa einem Jahr
  2. tolles video, hat mir sehr geholfen, allerdings erst als ich das transkript gelesen habe, ich konnte mich bei diesen ewig langen Pausen leider nicht konzentrieren

    Von Prozente, vor mehr als einem Jahr
  3. bisschen ablenkend, dass so viele andere Namen genannt werden... die brauche ich doch nicht, oder ?
    hätte es lieber gehabt, wenn es sich mehr um seine These gehandelt hätte
    trotzdem danke für dieses Video!!!! hat mir weitergeholfen

    Von Nicht Besser Als Du, vor fast 2 Jahren
  4. wenn Teilchen laut seiner Hypothese gar nicht erst zerstört werden können, warum sollte er dann die ("auch nicht mögliche") Neubildung von zerstörten Teilchen auch erwähnt werden ? (6:08)

    Von Nicht Besser Als Du, vor fast 2 Jahren
  5. gut erklärt

    Von Hanneloreundpeter, vor fast 3 Jahren
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Daltons Atommodell Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Daltons Atommodell kannst du es wiederholen und üben.
  • Schildere, warum das Atommodell von Dalton notwendig war.

    Tipps

    Überlege, welches Problem es mit den gefundenen Stoffen vor Daltons Atommodell gab.

    Lösung

    Die Alchemisten haben viele Elemente entdeckt und die ersten Eigenschaften der einzelnen Stoffe herausgefunden. Doch hatte jeder Alchemist sein eigenes System, um die Elemente zu ordnen. Die Benennung der Stoffe und ihre Symbole waren so unterschiedlich, dass es sehr schwer war, gemeinsam wissenschaftlich zu arbeiten. Deshalb brauchte die neue Wissenschaft Chemie ein einheitliches System. Dazu gehörte allgemein bekanntes Wissen um die Zusammensetzung der Stoffe.

    In der Alchemie wurden viele Experimente entwickelt. Diese hatten aber oft mystische oder sehr ungenaue Erklärungen. Die Menschen brauchten eine gemeinsame Basis, eine Idee über kleinste Teilchen, um weitere Theorien über die chemischen Reaktionen entwickeln zu können.

  • Beschreibe die Atommodelltheorie von Dalton.

    Tipps

    Überlege, ob nach der Theorie von Dalton Atome zerstörbar sind oder nicht.

    Lösung

    Dalton sieht die Atome als feste einzelne Teilchen, die nicht zerstört oder neu erschaffen werden können. Du kannst sie dir auch als unzerstörbare Murmeln vorstellen. Du kannst rote und blaue Murmeln mischen, was Daltons Verbinden entspricht. Du kannst die gemischten Kugeln sortieren, was dem Trennen der Atome gleichkommt. Damit wurde die Grundlage geschaffen die Elemente neu zu definieren und voneinander abgrenzbar zu machen.

  • Charakterisiere Daltons Atomtheorie durch die von ihm betrachteten Aspekte.

    Tipps

    Zu welcher Zeit entwickelte Dalton seine Theorie über Atome? Gab es zu diesem Zeitpunkt schon die Kernspaltung?

    Lösung

    Dalton lebte im 19 Jahrhundert. Bereits vor dieser Zeit hatten viele Alchemisten Elemente gefunden und grob erforscht. Die Idee von Atomen, die je nach Element unterschiedliche Atommassen aufweisen, war allerdings neu.

    Heute wissen wir, dass Atome aus Protonen, Neutronen und Elektronen aufgebaut sind. Dalton geht davon aus, dass Atome unzerstörbar sind. Die Kernspaltung passt somit nicht in seine Theorie, da es hier um die Spaltung, also Zerstörung von Atomen geht. Auch die einzelnen Atombindungen wurden von Dalton noch nicht betrachtet. Seine Theorie befasst sich nur damit, dass sich Atome verbinden können und nicht auf welche Art und Weise dies geschieht.

  • Bestimme die wissenschaftlichen Phänomene, die mit dem Atommodell von Dalton erklärbar sind.

    Tipps

    Welche Aspekte betrachtet Dalton in seiner Atomtheorie?

    Auf welche Weise wird aus Uran Energie gewonnen? Bleiben die Uran-Atome dabei intakt?

    Lösung

    Daltons Theorie macht die Aussage, dass die Atome eines Elements alle dieselbe Masse haben. Sie sind also alle von Atomen anderer Elemente unterscheidbar. Dies legte den Grundstein für spezifische Nachweise, in Form von chemischen Reaktionen oder anderen physikalischen Vorgängen.

    Daltons Theorie beinhaltet noch keine Aussagen über Bindungen zwischen den einzelnen Atomen. Es war zu dieser Zeit schon ein großer Fortschritt, eine Vorstellung der kleinsten Teilchen als feste, unzerstörbare Kugeln zu gewinnen. Auf dieser Grundlage wurde weiter geforscht, was dann, unter anderem, zu verschiedenen Theorien über Bindungen innerhalb von Stoffen führte.

    Der Energiegewinnung aus Uran liegt die Kernspaltung zu Grunde. Da Dalton von unzerstörbaren Atomen ausging, ist dieser Vorgang seiner Theorie nach nicht möglich. Erst spätere Atommodelle machen einen solchen Vorgang erklärbar.

  • Benenne die positiven Effekte von Daltons Atomtheorie für die Chemie.

    Tipps

    Überlege, was Dalton dank der Arbeit von Alexander von Humboldt und Gay-Lussac ermitteln konnte.

    Lösung

    Atommassen
    Durch die Atomtheorie von Dalton konnte man, dank der Studien von Alexander von Humboldt und Gay-Lussac, die Atommasse der Elemente bestimmen. Alexander von Humboldt und Gay-Lussac hatten, durch verschiedene Versuche, die prozentuale Zusammensetzung des Wassers ermittelt.

    Elemente
    Daltons Atomtheorie besagt, dass Atome derselben Masse zum selben Element gehören. Mit diesem Wissen konnte man zum einen Atome den Elementen zuordnen und zum anderen wusste man nun sicher, dass Elemente aus nur einer „Sorte“ Atome bestehen. Da war es nur eine Frage der Zeit, bis jemand einheitliche Bezeichnungen für die Elemente erfand. Denn im Gegensatz zu den Alchemisten, die ihr Wissen geheim halten wollten und deshalb eine gewisse Unordnung bevorzugten, wollten die Chemiker miteinander forschen und sich untereinander austauschen. Dazu bedurfte es gemeinsamer Zeichen für die Elemente.

  • Bestimme das Elementensymbol zu den gegebenen Elementen.

    Tipps

    Die Elementensymbole leiten sich bei manchen Elementen von ihrem lateinischen oder griechischen Namen ab.

    Blei heißt auf Latein Plumbum.

    Lösung

    Die Elementensymbole im Periodensystem sind oft eng mit dem Namen der Elemente verknüpft. So sind viele Formelzeichen die Anfangsbuchstaben des Namens des Elements.

    Bei Elementen, mit denen schon die Alchemisten gearbeitet haben, werden die Formelzeichen oft an die alten Namen der Elemente angelehnt. Diese stammen oft aus dem Lateinischen oder Griechischen. Blei trägt den lateinischen Namen Plumbum und wird mit $Pb$ im Periodensystem dargestellt. Das gleiche gilt zum Beispiel für:

    • Silber = Argentum = $Ag$
    • Eisen =Ferrum = $Fe$
    • Gold = Aurum = $Au$
    Sauerstoff $O$, Stickstoff $N$ und Wasserstoff $H$ sollten dir schon bekannt sein. Die Zeichen dieser wichtigen Elemente solltest du unbedingt auswendig wissen.

    Zur Zeit von Berzelius war das Periodensystem noch lange nicht fertig. Viele Elemente wurden erst viel später entdeckt. Das Periodensystem ist auch noch lange nicht vollständig. 2013 wurde das Element mit der Ordnungszahl 115 entdeckt. Es trägt den Namen Ununpentium.

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