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Mehrere Denkansätze führen zu Annahme, dass die Vielzahl der
verschiedenartigen Stoffe der Natur aus wenigen Ausgangsstoffen zusammengesetzt sind. Einer der ersten, der diese Gedanken
vertrat, war der Grieche Demokrit. uni-Paderborn 
Man nannte diese nicht weiter zerlegbaren Stoffe
"Elemente". Seiner Auffassung nach waren alle Stoffe aus den Elementen Feuer,
Erde, Wasser und Luft zusammengesetzt. Zu diesem Ergebnis kamen die griechischen
Philosophen allein durch Denken. Experimente zur Überprüfung der Behauptungen machten
sie nicht. Heute kann man mit einfachen Versuchen zeigen, dass die von Demokrit geforderten
Ur-Elemente zerlegbar sind. Der Denkansatz führte jedoch weiter zu dem, was wir
heute Aggregatzustände nennen.:
| Altertum | Neuzeit |
|---|---|
| Luft | Gase |
| Wasser | Flüssigkeiten |
| Erde | Feststoffe |
| Feuer | Energie |
Die Untersuchung von Druck, Temperatur und Volumen von abgeschlossenen Gasen durch die Naturwissenschaftler brachten wesentliche Fortschritte bei der Erkenntnis, wie Stoffe aufgebaut sind.
Es ist verblüffend, dass sich für alle Gase die gleichen Gesetzmäßigkeiten ergeben, unabhängig von der Gassorte. An sich ist in den gleichen Volumen gefüllt mit verschiedenen Gasen nichts gleich. Das gemeinsame ist nur das Nichts, wofür man auch Lücken sagen könnte. Das führte dazu, dass der italienische Naturforscher Avogadro eine allgemeingültige Hypothese (1811) aufstellte: Bei gleichen Druck und gleicher Temperatur sind in gleichen Volumina von unterschiedlichen Gasen gleich viele Teilchen ("Lücken"). Da man aber über Lücken, also das Nichts zwischen zwei Dingen schlecht etwas aussagen kann, ist das Gesetz von Avogadro auf die Teilchen bezogen, die die "Lücken" bilden.
Diese Annahme geht davon aus, dass das Gesamtvolumen von Gasen nicht von der Teilchengröße der einzelnen kleinsten Teilchen bestimmt ist, denn sonst müssten alle Teilchen gleich groß sein. Wie das Gesamtvolumen aber dann zustande kommt, blieb lange Zeit ungeklärt, weshalb sich die Avogadro- Hypothese nur sehr langsam verbreitete.
und uni-Paderborn
Die weitere Untersuchungen von John Dalton (1808) führte zu der Erkenntnis, dass die Elemente der Natur aus kleinsten Teilchen aufgebaut sind, die man Atome nannte. Es ergab sich bei seinen Untersuchungen von Gasen und anderen Stoffen, dass sich die Atome der verschiedenen Elemente immer in festem Raumverhältnis bei Gasen und Gewichtsverhältnis bei Feststoffen verbanden. Wenn das für alle Stoffportionen gilt, so muss es auch für die kleinsten Portionen bis hin zu den unteilbaren Teilchen, den Atomen, gelten. Zu diesem Zeitpunkt wurden die Atome als kleinste starre unteilbare Kugeln angesehen. Die Verbindung dieser Atome zu Stoffen mit neuen Eigenschaften führte zu kleinsten Teilchen, die Moleküle genannt werden.
Der französische Naturwissenschaftler Claude-Luis Berthollet untersuchte vorwiegend Feststoffe und kam zu anderem Ergebnis: seine Untersuchungen zeigten oftmals bei der Bildung von Verbindungen unterschiedliche Gewichtsverhältnisse. Seine Entdeckungen wurden Messfehlern zugeschrieben und galten lange als falsch. Das lag daran, dass zu der Zeit die Waagen, die er zur Messung bei Feststoffen benutzen musste, nicht so genau waren. Außerdem untersuchte er zufällig Verbindungen, die diese Erscheinung tatsächlich auch aufwiesen.
Tatsächlich jedoch gibt es bei Feststoffen auch öfter Abweichungen von den einfachen Atomzahlverhältnissen. Einige der wichtigen technische Anwndungen nutzen den Effekt der nichtstöchiometrischen verbindungen. Dazu zählen die Halbleiter, die Supraleiter, die Feststoff-Batterie und Feststoff-Akkumulator, die Silberfotografie, die Wasserstoff- Feststoffspeicher und andere.
Einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung des Atombaus waren die Entdeckungen, die mit sogenannten Gasentladungsröhren gewonnen wurden. Untersucht das Leuchten von Gasen, die bei geringem Druck in Glasröhren mit einer großen Spannung versehen werden, mit einen Prisma auf seine Spektralfarben, so findet man relativ scharfe eluchtende farbige Linien. Das steht im Gegensatz zu dem Spektrum, dass durch glühende Körper entsteht. Man erkannte sehr schnell, dass diese Spektrallinien geeignet sind, verschiedene Atomsorten zu unterscheiden.
Der deutsche Physiker Fraunhofer untersuchte mit einem Prisma das Sonnenlicht mit sehr großer Sorgfalt. Er entdeckte dabei, dass das oberflächlich betrachtete kontinuierliche "Regenbogen"-Spektrum mit feinen schwarzen Linie durchsetzt war. Ihm zu Ehren nannte man diese Linien "Fraunhofersche Linien". Man konnte diese schwarzen Linien an genau den gleichen Stellen im Spektrum finden, wo auch die Elemten auf der Erde leuchtende Linien bildeten.
Balmer entdeckte 1885, dass es ein mathematisches Bildungsgesetz zu den Wellenlängen der Linien des Wasserstoff-Spektrums gibt.
Der englische Naturwissenschaftler Michael Faraday (1791 - 1861)
stellte bei der Untersuchung von
Salzlösungen fest, dass Salzlösungen, Säuren und Laugen den elektrischen Strom leiten.
Er fand auch die nach ihm benannten Faradaysche Gesetze der Elektrolyse, jedoch
wurden diese Erscheinungen noch nicht als Teilung von Atomen angesehen.
Erst durch die Untersuchungen des englischen Physikers Joseph John Thomson (1856 -1940) an glühenden Metalldrähten wurde bekannt, dass Atome teilbar waren. Man konnte aus den Atomen elektrisch negativ geladene Teilchen, nun Elektronen genannt, herausreißen (Glühelektrischer Effekt, auch Edison-Effekt).
Durch Ablenkversuche konnte Thomson das Verhältnis der Ladung zur Teilchengröße (e/m) ungefähr bestimmen. Daraus folgte, dass die Teilchen bei gleicher Ladung wie sie die Ionen trogen etwa 2000 leichter waren als ein Wasserstoffatom (leichtestes Atom überhaupt).
Da die Atome aber von Natur aus neutral sind, musste nach dem Entfernen der Elektronen positiv geladene Atomrümpfe zurückbleiben. Für eine kurze Zeit nahm man daher an, dass die Elektronen in einem kugeligen Atom wie Rosinen in einem Kuchen verteilt sind.
Mit der Entdeckung der radioaktiven Strahlen
durch Henry Becquerel standen neue Untersuchungsmethoden zur Verfügung.
So bestrahlte der in
Neuseeland geborene Physiker Ernest Rutherford (1871 - 1937)
dünne Goldfolien mit
Alpha-Strahlen 
und
berechnete aus der Ablenkung und Rückstrahlung den Atomaufbau. Er stellte fest, das sich
die Masse der Atome in einem sehr kleinen Atomkern mit positiver Ladung verreinigt war.
Darum herum war eine etwa 10.000mal größere Atomhülle aus negativer Ladung.
Eine weitere Verbesserung des Modells über den Aufbau von Atomen gelang den dänischen Physiker Niels Hendrik Bohr, der aus dem farbigen Linien des Lichtes von glühendem Wasserstoff, wie sie durch den Schweizer Balmer formelmäßig berechenbar waren, mit der neuen Quantenphysik von Nernst und Albert Einstein verband.
Nach dem "Bohrschen
Atommodell"
besteht die Atomhülle aus einem
System von Elektronenbahnen, auf denen die Elektronen der Atomkern umkreisen. Zwischen den
Bahnen, die in verschiedenen Abständen den Atomkern umgeben, sind Zonen, in denen die
Elektronen sich nicht aufhalten können.
zum Thema Licht seilnacht:
Dieses Modell wurde weiter von Arnold Sommerfeld und Erwin Schrödinger verändert, die für den Aufenthalt von Elektronen im Atom umlaufende Wellen annahmen (Wellenmechanik). Dabei ergab sich auch, dass die Linien, die leuchtende Gase aussendeten, feinere zwischen unterschiedlichen Bahnen unterschieden werden konnte. Außerdem ergab sich durch Forschungen von Pauli, dass jeweils auf einer Bahn zwei Elektronen umlaufen konnten, die sich nicht behinderten. Das führte zur der Annahme, das sich die Elektronen, obwohl sie selbst nicht teilbar erschienen, entgegengesetzt um sich selbst rotieren konnten.
| Literatur und Bearbeitung | |
Autor (Text): |
Klaus-G. Häusler |
| Quelle: | G. Jander; E. Blasius: Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie; Hirzel Verlag, 7. Aufl. Stuttgart 1967 |
weiterführende |
http://www.u-helmich.de/che/11/atom/ http://www.chemieseite.de/allgemein/node1.php http://www.tgs-chemie.de/atombau.htm (mit Abbildungen) beste Darstellung: http://ac16.uni-paderborn.de/lehrveranstaltungen/_aac/vorles/skript/kap_2/index.html mit Java und Activx-Elementen
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