Big Bang HTL 2, Schulbuch

c5w7t6 Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 21 Die Teilchen 2 In dem Buch „Sofies Welt“ von Jostein Gaarder werden Atome mit Legosteinen verglichen. Legosteine seien das „genialste Spielzeug der Welt“, weil sie nahezu unzerstörbar sind und man aus ihnen so viele verschiedene Dinge bauen kann, ähnlich eben den Atomen. Wir wissen heute, dass Atome nicht wie Legosteine aussehen und auch nicht unzerstörbar sind, aber für ein grundlegendes Verständnis von chemischen Verbindungen und Reaktionen ist das Modell vom Legostein völlig aus­ reichend. Vielleicht hast du ja Lust bekommen und kramst mal deine alte Kiste mit Legosteinen wieder hervor (sicher hast du irgendwo eine!) und bastelst ein bisschen… In diesem Kapitel geht es also um Atome, Moleküle und andere Teilchen. Außerdem werden wir uns damit beschäftigen, was sich im Inneren der Atome verbirgt und wie man Atome und andere Teilchen chemisch korrekt anschreiben kann. 2.1 Gibt es sie oder gibt es sie nicht? Eine kleine Geschichte zur „Entdeckung“ der Atome Die Idee, dass es kleinste Teilchen gibt, ist sehr alt. Die griechischen Phi- losophen Leukipp und dessen Schüler Demokrit postulierten (behaupteten, ohne es beweisen zu können) ( F1 ), dass die Welt aus kleinsten Teilchen aufgebaut sei. Sie nannten diese kleinsten Teilchen Atome (von grie- chisch átomos = unteilbar). Es sollte unendlich viele verschiedene Atome geben, die sich anhand ihrer Form unterscheiden: Formen wie Kugeln, Zylinder, Pyramiden usw. seien möglich. Sie soll- ten auch Haken und Ösen haben oder Spitzen, wodurch sie sich verbinden könnten. Weiche glatte Stoffe sollten eher runde Atome haben, ätzende Stoffe wie z. B. Säuren sollten aus spitzen Atomen bestehen. Diese Überlegungen entstanden schon vor 2500 Jahren! (Demokrit: 460–370 v. Chr.) Im Gegensatz dazu stand die 4-Prin- zipien-Lehre . Diese besagte, dass alle Materie aus den Prinzipien Wasser, Feuer, Luft und Erde zusam- mengesetzt sein sollte. (Oft sagt man auch 4-Elemente-Lehre, aber der Begriff Element sollte heutzuta- ge wirklich nur mehr für chemische Elemente verwendet werden). Ein bekannter Vertreter dieser Lehre war Aristoteles (389–322 v. Chr.). Atome sind viel zu klein um sie sehen zu können. Erst seit kurzem gibt es Verfahren, die einzelne Atomober- flächen darstellen können. Wie konnten Wissenschaft- ler vor über 200 Jahren „beweisen“, dass es Atome gibt? Und wie haben die griechischen Naturphiloso- phen vor über 2000 Jahren dieses Problem „gelöst“? Sind Atome „unsterblich“? Könnte es sein, dass du in deinem Körper Atome besitzt, die vor 80 Millionen Jahren in einem Dinosaurierkörper waren? F1 F2 Abb. 2.1: Demokrit und seine Atome Abb. 2.2: Aristoteles Aristoteles’ Lehre erhielt mehr Zustimmung, einfach weil er bekannter war und schon viele richtige Theorien aufgestellt hatte. Man konnte ja zur damaligen Zeit nicht überprüfen, dass er in dieser Hinsicht Unsinn verzapfte. Aus dieser 4-Prinzipien Lehre entwickelte sich im Mittelalter die Alchemie. Viele Jahrhunderte lang geriet die Atomhypothese in Vergessenheit und die 4-Prinzipien Lehre hatte sozusagen Oberhand. Allerdings wurde die Naturwissenschaft im- mer exakter, und es wurden die ersten Naturgesetze formuliert. Diese Gesetze passten nicht zur 4-Prinzipien Lehre, sondern eher zur Atomtheorie. Info: Dalton auf dem Weg… Der englische Naturforscher John Dalton beschäftigte sich mit diesen neuen Naturgesetzen. Er stellte 1806 das erste wissenschaftlich fundierte Atommodell auf, das sich in vier Kernaussagen zusammenfassen lässt: 1. Jeder Stoff besteht aus kleinsten, nicht weiter teilbaren kugelförmigen Teilchen, den Atomen. 2. Alle Atome eines Elements haben das gleiche Volumen und die gleiche Masse. Die Atome unterschiedlicher Elemente unterscheiden sich in ihrem Volumen und in ihrer Masse. 3. Atome sind unzerstörbar (sozusagen unsterblich). Sie können durch chemische Reaktionen weder vernichtet noch erzeugt werden. ( F2 ) 4. Bei chemischen Reaktionen werden die Atome nur neu angeordnet. Einige von Daltons Aussagen mussten später revidiert oder verfeinert werden, zum Beispiel sind Atome sehr wohl wei- ter teilbar, und auch bei Atomen des gleichen Elementes gibt es manchmal Unterschiede, mehr dazu in Kap 2.5. Grundsätzlich war das Daltonsche Modell aber eines, mit dem man zu seiner Zeit sämtliche beobachteten Phänome- ne erklären konnte. Abb. 2.3: John Dalton Nur zu Prüfzwecken – Eigentum de Verlags öbv