Nawi 2AHMI Atommodelle I Glavas, Jakovljevic, Josipovic

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1 e -1. Teil Das Wort Atom kommt aus dem Griechischen atomos und bedeutet unteilbar ; unteilbarer Urstoff. Ein Atom ist der kleinste Baustein eines chemischen Grundstoffes oder Elements, der ohne Verlust der typischen Eigenschaften nicht mehr geteilt werden kann. 1. Das Demokrit-Modell Entstehung: ca. 400 v. Chr. Es entstand vor mehr als 2000 en und entspricht nicht mehr dem aktuellen Stand der Wissenschaft. Der griechische Philosoph Demokrit lebte und lehrte in der Stadt Abdera und war Schüler des Leukipp. Er kam zur Erkenntnis, dass Stoffe aus kleinsten, unteilbaren Einheiten bestehen würden. Diese Einheiten wurden als bezeichnet (unteilbar = griechisch atomos). Demokrit kannte den Unterschied zwischen n und Molekülen nicht. Auch über Elektronen, Protonen und Neutronen wusste er nichts. Jedoch gelang es Demokrit eine erste Überlegung in Richtung eines s anzustellen. Abb.: Demokrit Die unteilbaren, winzig kleinen und für das Auge unsichtbaren Elemente sind die. Von Natur aus sind diese unbewegt, Bewegungen entstehen erst durch An- und Abprallen der untereinander, durch den "Schlag", wie Demokrit sagt. Es gibt keine Mischung der Substanz, sondern nur Verbindung und Trennung der untereinander. Kurzaussagen: Jedes Atom ist fest oder massiv. Diese unterscheiden sich durch Gestalt und Größe Keines gleicht einem anderen. Es gibt unendlich viele. Wenn sich verbinden erscheinen sie als Wasser, Feuer, Pflanze oder Mensch. 2. Aristoteles Abb.: Demokrit- Modell Entstehung: ca. 400 v. Chr. Aristoteles verwarf die Atomtheorie. Stattdessen führte er die vier Elemente (Erde, Feuer, Luft, Wasser) ein. Er ordnet ihnen Eigenschaften zu, wie trocken (Feuer, Erde), warm (Feuer, Luft), feucht (Luft, Wasser) und kalt (Wasser, Erde). Aristoteles ging davon aus, dass die Erde sich im Mittelpunkt des Universums befindet Abb.: Aristoteles Jedem der vier Elemente ist ein genauer Platz zugeteilt. Jedes der Elemente bewegt sich in seiner natürlichen geradlinigen Bahn seinem eigentlichen Ruhepunkt entgegen. Daraus ergibt sich, dass irdische Bewegungen immer geradlinig sind und immer zum Stillstand kommen. Die Himmel jedoch bewegen sich natürlich und ewig in einer komplexen, kreisförmigen Bewegung, was ein fünftes, neues Element erforderlich macht, das Aristoteles Aither (Äther) nennt. 1 Abb.: Die vier Elemente

2 3. Das Dalton-Modell Entstehung: ca Das Daltonsche (1808 A New System Of Chemical Philosophy) greift 2000 e später, inspiriert durch das vom Chemiker Joseph-Louis Proust formulierte Gesetz der konstanten Mengenverhältnisse, die Gedanken Demokrits wieder auf. Hiernach bestehen Stoffe aus n. Diese kann man sich als winzige kleine Kugeln vorstellen. Im Unterschied zu Demokrit ist bei Dalton die Anzahl der unterschiedlichen kleinsten Teilchen, der, beschränkt. Abb.: John Dalton Daltons Atomhypothese: 1. Jeder Stoff besteht aus n. Das sind kleine, kugelförmige Teilchen, die sich nicht weiter teilen lassen. 2. Alle desselben Elements sind untereinander gleich. Sie haben das gleiche Volumen und die gleiche Masse. 3. unterschiedlicher Elemente unterscheiden sich in ihrem Volumen und ihrer Masse. 4. Es gibt so viele Atomsorten wie es Elemente gibt. 5. Die sind unveränderlich und können nicht zerstört werden. Sie können durch chemische Reaktionen weder vernichtet noch erzeugt werden. 6. Bei chemischen Reaktionen werden die der Ausgangsstoffe neu angeordnet. Abb.: Dalton- Es gelang Dalton mit dem Dalton eine grundlegende Vorstellung zu erlangen, auf der man treffendere und erweiterte e aufbauen konnte. Vor- und Nachteile: Einfache und leichte Verständlichkeit aber sehr begrenzter Einsatzbereich. 4. Das Thomson Modell Entstehung: Im 1897 entdeckte Joseph John Thomson bei Untersuchungen einer Glühkathode (beheizte Kathode), dass es sich bei der austretenden Strahlung um einen Strom von geladenen Teilchen, den Elektronen, handeln müsse. Durch ein stark verbessertes Vakuum konnte er das Verhältnis von Ladung zu Masse bestimmen. Die auf diese Weise entdeckten Elektronen ließen sich durch ein Magnetfeld ablenken. Thomson fand heraus, dass man so einen Elektronen Strahl aus fast jedem Metall durch Erhitzen gewinnen konnte, also mussten diese nicht die kleinsten Bausteine der Materie beziehungsweise unteilbar sein. Sein 1903 erstelltes schrieb den n eine innere Struktur zu. Aufbau Rosinenkuchenmodell : Positive und negative Ladungen auf einer massiven Kugel verteilt. Die positive Ladung füllte das Volumen des Atoms aus und war - außer für Elektronen - undurchdringlich. Thomson wusste, dass ein solches nicht stabil sein konnte, weswegen er wenige e darauf, sein verbesserte. 2

3 Probleme und Verbesserungen: Experimente mit Röntgenstrahlen zeigten Thomson ab 1906, dass die Anzahl der Elektronen deutlich geringer sein musste, als von ihm vorhergesagt. Das Elektron im Wasserstoffatom sorgte für harmonische Schwingungen, welche durch den Mittelpunkt des Atoms Licht durchsendete. Dies erlaubt daher nur eine Spektrallinie (scharf getrennte Linien elektromagnetischer Wellen). Der Rutherford sche Streuversuch zeigte später, dass die positive Ladung in einem Atomkern vereinigt ist und den Großteil der Atommasse ausmacht wurde das Thomson sche Modell zum Rutherford schen verfeinert. 5. Das Rutherford Modell Das Rutherford ist 1911 von Ernest Rutherford aufgestellt worden. Es bildet die heutige Grundlage des Atoms. Der Rutherford sche Streuversuch: Beim Streuversuch wurden wurde ein radioaktiver Alpha- Strahl auf eine dünne Gold-Folie gelenkt. Die meisten Alpha-Teilchen drangen einfach durch die Folie. Ca. eines aus 8000 wurde jedoch teilweise sehr stark von der Folie abgelenkt. Dieses Atom bezeichnete Rutherford als Atomkern. Die Wissenschaftler, die sich an diesem Versuch beteiligt hatten waren: Ernest Rutherford, Hans Geiger und Ernest Marsdon. Prinzip des Modells: Probleme des Modells: Keine Erklärung von Emissionen und Absorptionen von Energiequanten Keine Erklärung, warum die Elektronen nicht in den Kern stürzen, obwohl kreisende und damit beschleunigte Ladung nach Maxwell ständig Energie abstrahlt 3

4 6. Das Bohr Modell Das Bohr sche Modell ist das erste weiterhin anerkannte, das Elemente der Quantenmechanik enthält. Es wurde 1913 von Nils Bohr entwickelt. Im 1913 formulierte Niels Bohr ein, das von einem planetenartigen Umlauf der Elektronen um den Atomkern ausgeht. Damit konnte er aus den Spektralanalysen bekannten Energiesprünge deuten. Diese waren seit der Untersuchung der Spektren von Gasentladungsröhren eines der größten Rätsel der damaligen Physik. Aufbau des Modells: Allgemeine Formel: 2n 2 Wobei n für die Schale steht (z.b. n = 3 bedeutet, dass die 3. Schale benützt wird) und diese quadriert wird und mal 2 gerechnet wird. Das Ergebnis gibt an wie viele Elektronen in diese Schale passen. Bsp: 5. Schale 2 * 5 2 = 2 * 25 = Elektronen passen in die 5. Schale. Auch sein Modell hatte viele Widersprüche, bei denen manche bereits bei der Veröffentlichung klar waren, welche er mit seinen zwei Postulaten lösen wollte. (Defizite werden unten noch angeführt) Schwächen des Modells: Erfasst nicht die Mehrelektronensysteme Das Wasserstoffatom müsste eigentlich eine flache Scheibe sein Chemische Bindungen können mit Bohrs Modell nicht verstanden werden. Die in der Radioastronomie wichtige 21 cm Linie des Wasserstoffs kann nicht aus dem Bohr-Modell abgeleitet werden. Quellen: 4

5 Demokrit Vier Elemente - Aristoteles von Dalton Modell von Thompson Rutherford sches Modell Bohr sches Vor ca en Vor ca en unterscheiden sich in Gestalt und Größe und sind von Natur aus unbewegt. Sie bewegen sich erst durch An- und Abprallen von untereinander. Aristoteles führte die vier Elemente (Erde, Feuer,Wasser, Luft) ein. Jedes Element bewegt sich in seiner geradlinigen Bahn seinem Ruhepunkt entgegen. Die eines Elementes bestehen aus gleichen Teilchen, die sehr klein und nicht weiter teilbar sind. verschiedener Elemente haben unterschiedliche Massen. Jedes Atom besteht aus einer elektrisch positiv geladenen Kugel, in die elektrisch negativ geladene Elektronen eingelagert sind wie Rosinen in einem Kuchen. Das Atom besteht aus einem Atomkern und einer Atomhülle. Der Atomkern ist elektrisch positiv geladen und befindet sich im Zentrum des Atoms. Die Elektronen umkreisen den Atomkern nur auf ganz bestimmten stabilen Bahnen, ohne dabei Energie abzugeben. Der Sprung in eine energieärmere Bahn ist mir der Abgabe von Strahlung verbunden. 5