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Das Rosinenkuchenmodell

Einleitung - Rosinenkuchenmodell - Kern-Hülle-Modell - Schalenmodell - Periodensystem

Das erweiterte Atommodell

J. PLÜCKER entdeckte 1858 die sogenannte Kathodenstrahlung (Betastrahlung), eine Strahlung, die von bestimmten Gasentladungs- oder Kathodenröhren ausgeht, wenn man sie erhitzt. Joseph John THOMSON entdeckte 1897, dass diese Kathodenstrahlung aus kleinsten negativ geladenen Teilchen besteht; Teilchen, die noch viel kleiner sind als Atome. THOMSON nannte diese winzigen negativen Teilchen Elektronen, nach dem griechischen Wort für Bernstein.

Die Tatsache, dass Metallatome Elektronen freisetzen können, wenn sie erhitzt werden, veranlasste THOMSON, das Atommodell von DALTON im Jahre 1903 zu erweitern.

Nach dem Atommodell von THOMSON besteht ein Atom aus einer positiven Masse, in die eine gewisse Anzahl negativer Elektronen eingebettet ist.

Rosinenkuchendarstellung der ersten vier Elemente

Die ersten vier Elemente nach dem Rosinenkuchenmodell

Hier sind die ersten vier Elemente nach dem Rosinenkuchenmodell dargestellt. Das Wasserstoff-Atom (H) enthält ein Elektron, das Helium-Atom (He) zwei, das Lithium-Atom (Li) drei und das Beryllium-Atom (Be) vier Elektronen. Die elektrische Ladung der positiven Masse ist genau so groß wie die Anzahl der Elektronen, so dass sich positive und negative Ladungen ausgleichen. Nach außen hin erscheint ein Atom also elektrisch neutral.

Betrachtet man die positive Masse als einen "Kuchenteig" und die Elektronen als "Rosinen", die in diesem Teig verteilt sind, kann man auch verstehen, warum dieses Atommodell als "Rosinenkuchenmodell" bekannt wurde. Im englischen Original wird es übrigens als "Plumpudding"-Modell bezeichnet.

Ionen

Die Elektrolyse von Salzen zeigt uns aber, dass es auch elektrisch positiv und negativ geladene Atome geben muss. Solche geladenen Atome werden als Ionen bezeichnet. DALTON konnte die Existenz von Ionen nicht mit seinem Atommodell erklären, denn nach seinem Atommodell bestehen Atome ja aus kleinen massiven unteilbaren Kugeln.

THOMSON kann dagegen die Existenz von Ionen sehr einfach erklären. Ein positives Ion hat ein, zwei oder drei Elektron weniger, als das entsprechende Atom, ein negatives Ion hat ein, zwei oder drei Elektron mehr als das entsprechende Atom.

Metall-Atome geben gern Elektronen ab, aus Kupfer-Atomen werden dann beispielsweise zweifach positiv geladene Kupfer-Ionen, und aus Zink-Atomen werden zweifach positiv geladene Zink-Ionen.

Bildung eines zweifach positiven Ions

Bildung eines zweifach positiven Ions

In diesem Bild sehen wir, wie sich THOMSON die Bildung eines zweifach positiv geladenen Ions aus einem Metall-Atom vorstellt.

Nichtmetall-Atome nehmen dagegen gern Elektronen auf. Aus Brom-Atomen werden dann einfach negativ geladende Bromid-Ionen, aus Sauerstoff-Atomen werden zweifach negativ geladene Oxid-Ionen, und aus Stickstoff-Atomen werden dreifach negativ geladene Nitrid-Ionen.

Bildung eines zweifach positiven Ions

Bildung eines negativen Ions

Hier sehen wir, wie sich nach THOMSON ein einfach negativ geladenes Bromid-Ion aus einem Brom-Atom bilden kann. Die Zahl der Elektronen ist aus Übersichtsgründen allerdings etwas verringert worden; Brom hat in Wirklichkeit 35 Elektronen, das Bromid-Ion 36 Elektronen.

Warum Sauerstoff-Atome zwei Elektronen aufnehmen und Stickstoff-Atome drei, konnte THOMSON allerdings noch nicht erklären, so ausgefeilt war sein Atommodell wieder nicht.

Elektrolyse mit dem Rosinenkuchenmodell erklärt

In einer Zinkbromid-Lösung befinden sich nicht Zink-Atome und Brom-Atome, sondern zweifach positiv geladene Zink-Ionen sowie einfach negativ geladene Bromid-Ionen.

Die Zink-Ionen werden vom Minuspol angezogen. Dort herrscht ein Überschuss an Elektronen, und die Zink-Ionen nehmen die beiden fehlenden Elektronen auf. So werden sie zu elektrisch neutralen Zink-Atomen.

Die Bromid-Ionen werden vom Pluspol angezogen. Dort herrscht ein Elektronenmangel. Dies führt dazu, dass die Bromid-Ionen ihr überschüssiges Elektron an den Pluspol abgeben. Aus den negativen Bromid-Ionen werden elektrisch neutrale Brom-Atome. Je zwei dieser Brom-Atome vereinigen sich dann zu einem Brom-Molekül Br2.

Nächstes Kapitel: Das Kern-Hülle-Modell