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Atombau, Atommodelle

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Nachbildungsmodelle und Entwurfsmodelle

Modelle sind Abbildungen der Wirklichkeit. So zumindest kann man es in fast allen Chemie-Büchern der Oberstufe lesen. Das kann man leicht am Beispiel eines Autos erklären.

Nachbildungsmodelle

Das Auto, das in Ihrer Garage oder in der Garage Ihrer Eltern steht, ist ein echtes Auto. Das ist gar keine Frage. Das Auto, mit dem Sie als 5jähriges Kind in Ihrem Kinderzimmer gespielt haben, ist dagegen ein Modellauto, also das Modell eines echten Autos. Diese Art von Modellen bezeichnet man als Nachbildungsmodelle, weil sie dem echten Auto nachgebildet worden sind, und zwar nachdem man die echten Autos produziert hatte.

Entwurfsmodelle

Eine andere Kategorie von Modellen sind die Entwurfsmodelle. Bevor man ein echtes Auto produziert, muss es konstruiert werden. Dazu fertigen die Ingenieure Entwurfsmodelle an; im einfachsten Fall handelt es sich dabei um eine Zeichnung des künftigen Autos, auf der man teilweise sogar die einzelnen Schrauben sehen kann. Oder man fertigt ein verkleinertes Modell aus Kunststoff an, das man den zukünftigen Investoren in die Hand geben kann, oder man entwirft ein frei drehbares und zoombares Modell am Computer - egal was immer man auch macht, es handelt sich hier um Entwurfsmodelle.

Ein echtes Auto, ein Modellauto und ein Entwurf eines Autos

Ein echtes Auto, ein Nachbildungsmodell und ein Entwurfsmodell

Atommodelle sind aus der Chemie nicht wegzudenken. Handelt es sich hierbei um Entwurfsmodelle oder um Nachbildungsmodelle? Nun, sicherlich nicht um Entwurfsmodelle, denn Atome gibt es ja schon, und die Chemiker sind nicht der liebe Gott, obwohl manche es vielleicht gern wären. Also handelt es sich bei den Atommodellen wohl eher um Nachbildungsmodelle. Man versucht, die Wirklichkeit, wie sie existiert, mit einfachen Mitteln nachzubilden.

Atommodelle sind Nachbildungsmodelle!

Gibt es ein wahres Modell?

Kommen wir jetzt zurück auf Ihre lange zurückliegende Kinderzeit, als Sie noch mit Spielzeugautos spielten. Als Sie ein Jahr alt waren, haben Ihnen die Eltern sicherlich nicht das 500 Euro teure Liebhabermodell eines Porsche 911 gekauft, sondern ein ganz billiges Plastikteil für 5 Euro, das Sie auch mit in die Badewanne nehmen konnten. Wahrscheinlich ein rotes weiches Ding mit vier Rädern. So ein Modell unterscheidet sich sehr stark von der Wirklichkeit. Das teuere Liebhabermodell dagegen weist sehr viele Details auf, die mit dem echten Auto übereinstimmen. Vielleicht kann man sogar einzelne Schrauben auf dem Boden des Fahrgestells sehen.

Welches dieser beiden Modelle ist nun das "wahre" Modell?

Keins natürlich; beides sind Abbildungen der Wirklichkeit. Das eine Modell ist lediglich genauer als das andere, aber ist es dadurch automatisch besser? Wenn es darauf ankommt, welches der beiden Modelle besser in 37 Grad warmem Wasser schwimmt, ist das billige Plastikmodell sicherlich besser als das teure Liebhabermodell.

Sehen Sie, genau so ist es mit den Atommodellen. Ich werde immer wieder von meinen Schülern gefragt, "welches ist denn das 'richtige' Atommodell?" Und selbst die Schüler, die die Natur eines Modells verstanden haben, fragen mich häufig, "welches ist denn das 'beste' Atommodell?". Auch hier kann man eigentlich keine Antwort geben. Welches Atommodell das beste ist, hängt immer von der konkreten Fragestellung ab.

Wenn ich den berühmten Versuch mit Wasser und Alkohol erkläre (50 ml Wasser + 50 ml Alkohol ergeben 98 ml Gemisch), brauche ich kein Orbitalmodell, sondern das einfache Kugelteilchenmodell von DALTON reicht völlig zur Erklärung aus. Wenn ich Zinkbromid elektrolysiere und möchte erklären, warum die Zink-Teilchen vom Minuspol angezogen werden und die Brom-Teilchen vom Pluspol, reicht das DALTON-Modell nicht mehr aus, aber das Orbitalmodell benötigte ich auch nicht, das wäre wie "mit Kanonen auf Spatzen schießen". Mit dem Rosinenkuchenmodell oder dem Kern-Hülle-Modell kann man den Versuch gut erklären. Wenn im Unterricht bereits das Schalenmodell eingeführt wurde, kann man das natürlich auch nehmen, obwohl es eigentlich nicht notwendig ist. Wenn die tetraedrische Struktur des Methan-Moleküls erklärt werden soll, reicht das Schalenmodell nicht mehr aus, hierfür ist das Kugelwolkenmodell gut geeignet. Etwas anderes ist es, wenn ich erklären möchte, wieso sich der Farbstoff Phenolphthalein in alkalischem Medien violett färbt. Dazu brauche ich dann tatsächlich das Orbitalmodell mit sp2- und sp3-hybridisierten Kohlenstoff-Atomen.

Es gibt kein "richtiges" Atommodell, und es gibt auch kein "bestes" Atommodell!

So viel erst mal zur Einleitung. Sie wollen jetzt sicherlich noch mehr zum Thema Atommodelle wissen. Für solche neugierigen Leute habe ich jetzt eine Reihe von Unterseiten geschrieben, die Sie sich bei Interesse ansehen können.

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