DALTONsches Atommodell

Nach Dalton (1766 - 1844) bestehen Elemente aus Atomen. Jedes Element besteht dabei aus einer eigenen Atomsorte. Da es 103 Elemente gibt (auf manchen Periodensystemen sieht man auch schon 118 Elemente, Oganesson ist das letzte bisher entdeckte bzw. synthetisierte Element), existieren auch 118 Atomsorten auf der Erde (Isotope sind dabei noch nicht mitgerechnet).

Atome sind nach der Vorstellung von Dalton extrem klein und kugelförmig. Sie haben eine bestimmte Größe und eine bestimmte Masse. Vor allem aber sind Atome unteilbar. Daher haben sie auch ihren Namen (griechisch atomos = unteilbar).

Hier zunächst die Original-Definition der Atom-Theorie von John Dalton ^[1]

Versuchen wir einmal, das zu übersetzen:

Und hier die Version, die man heute in den meisten Schulbüchern findet:

So primitiv wie das Dalton-Modell auch ist, man kann es immer noch gut verwenden, um zahlreiche Naturphänomene zu erklären. In den Chemiebüchern der 7. Klassen benutzt man das Dalton-Modell beispielsweise, um die Aggregatzustände der Stoffe zu erklären. Auch der berühmte Versuch zur Volumenreduktion (50 ml Wasser + 50 ml Ethanol => 98 ml Gemisch) kann mit Hilfe des Dalton-Modells gut erklärt werden.

Im Unterricht der 8. und 9. Klassen kann man dieses Atommodell benutzen, um drei wichtige chemische Gesetze zu erklären:

1. Gesetz von der Erhaltung der Masse
2. Gesetz der konstanten Proportionen
3. Gesetz der multiplen Proportionen

Geschichte

DALTON war nicht der erste Forscher, der auf die Idee kam, dass alle Materie aus Atomen besteht. Die alten Griechen, vor allem Leukipp und sein Schüler Demokrit (460 - 370 v. Chr.) waren ihrer Zeit damals weit voraus, auch sie dachten über Atommodelle nach, die aber teils sehr "exotisch" waren. So sollten die Atome teils sehr skurile Formen besitzen. Auch im Mittelalter und im 17. Jahrhundert gab es immer wieder Gelehrte, die davon ausgingen, dass die Materie aus kleinsten unsichtbaren Teilchen besteht. Robert Boyle (1627 - 1691) machte die Korpuskulartheorie bekannt:

"Nach dieser gibt es nur eine einzige allen Körpern gemeinsame Materie, mit den Eigenschaften einer ausgedehnten und undurchdringlichen, aber teilbaren Substanz. Durch die ihr von Gott anerschaffene Bewegung entstehen kleine und kleinste Körperchen (corpuscula) von bestimmter Größe, Gestalt und Lage, die zu zusammengesetzten sekundären Körpern (Molekülen) sich mischen oder zusammentreten können. " ^[3]

Allerdings war DALTON der erste Chemiker, der einen Zusammenhang zwischen Atomen und Atomgewicht herstellte. Das Atomgewicht spielte eine zentrale Rolle in der Atomtheorie DALTONs ^[2].

DALTONs Atommodell wurde von vielen Chemikern der damaligen Zeit sofort anerkannt und geschätzt. Thomas Thomson (1773–1852, nicht zu verwechseln mit dem Erfinder des Rosinenkuchen-Modells) gab zum Beispiel im Jahre 1807 ein Lehrbuch mit dem Titel "System of Chemistry" heraus. In diesem Lehrbuch fand sich schon eine Zusammenfassung von DALTONs Atomtheorie. In seiner Theorie beschäftigte sich DALTON vor allem mit den Atomgewichten (heute sagen wir: Atommassen), was dann zahlreiche andere Forscher zum Anlass nahmen, ihrerseits Experimente zur möglichst genauen Bestimmung der Atommassen durchzuführen. 1808 veröffentlichte DALTON dann sein Buch mit dem Titel "A New System of Chemical Philosophy", in dem er sein Atommodell sowie die bisher ermittelten Atomgewichte der Öffentlichkeit präsentierte. In diesem Buch beschrieb er die Atome so: Sie bestehen aus einem harten Kern, der von einer "Wärmestoff-Atmosphäre" umgeben ist ^[1].

Es gab allerdings auch viele Kritiker. Der berühmte Humphry Davy (1778–1829), der viele Elemente durch Anwendung der Elektrolyse entdeckt hatte, war zunächst sehr skeptisch. Er berechnete dann aber viele Atomgewichte und bestätigte im Grunde die Modellvorstellung DALTONs. In Frankreich war Claude Louis Berthollet (1748–1822) der führende Chemiker. Er lehnte DALTONs Theorie ab und bezweifelte sogar die Gültigkeit des Gesetzes der konstanten Proportionen.

Grenzen

Natürlich kann man ein so einfaches Modell wie das von DALTON nicht anwenden, um komplexere chemische Vorgänge zu erläutern. Bereits die Elektrolyse von Zinkbromid kann nicht mehr durch das DALTON-Modell erklärt werden, weil Atome nach DALTON keine elektrischen Ladungen tragen. DALTON hätte also nicht begründen können, wieso sich die Zink-Atome am Minuspol, die Brom-Teilchen jedoch am Pluspol ablagern. Allerdings hatte man zu DALTONs Zeiten die Elektrizität schon entdeckt, und Forscher wie Davy nutzten Elektrolysen, um neue Elemente zu isolieren. Man hatte also irgendwie schon eine Vorstellung von elektrisch geladenen Atomen, aber es gab noch keine Modellvorstellung, die die unterschiedlichen Ladungen erklärt.

Noch komplexere chemische Phänomene können mit dem DALTON-Modell erst recht nicht mehr erklärt werden, zum Beispiel die Frage, wieso Natrium einwertig ist, Sauerstoff aber zweiwertig oder wieso Fluor die höchste Elektronegativität hat oder wieso sich Phenolphthalein in alkalischem Milieu violett färbt.