Big Bang HTL 2, Schulbuch

22 Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) Dalton auf dem Weg zum wissenschaftlichen Atombegriff ( F1 ) Die Theorien der griechischen Philosophen beruhten rein auf Überlegungen, sie konnten nicht durch Experimente bestätigt werden. Zu Daltons Zeit, im 18./19. Jht, war die Naturwissenschaft etwas genauer und systematischer geworden. Es wurden immer mehr – damals neue – natur- wissenschaftliche Grundgesetze gefunden. Einige davon blieben unverständlich, erst John Dalton konnte sie erklären, indem er die Aussagen dieser Gesetze mit der Atomtheorie verknüpfte. Diese Gesetze waren: 1) Das Gesetz von der Erhaltung der Masse: (1785 von Antoine Lavoisier) „Bei allen chemischen Reaktionen bleibt die Gesamtmasse der an der Reaktion beteiligten Stoffe konstant.“ Aus heutiger Sicht ist das klar, weil die Atome bei chemi- schen Reaktionen nur umgruppiert werden, es können keine Atome plötzlich verschwinden oder neu entstehen. 2) Das Gesetz der konstanten Proportionen: (1799 von J. Proust): „Eine chemische Verbindung bildet sich immer aus konstanten (genau gleichen) Massenverhältnissen der Elemente.“ Wenn man z. B. aus Eisen und Schwefel Eisensulfid herstel- len möchte, so benötigt man immer 7g Eisen und 4g Schwefel oder ein Vielfaches davon. Nimmt man mehr Schwefel im Verhältnis, so bleibt dieser als Rest übrig und auch umgekehrt. Dies ist mit der Atomtheorie erklärbar: Wenn sich 1 Atom Eisen und 1 Atom Schwefel verbinden und ein Eisenatom 1,75 mal so schwer ist wie ein Schwefelatom, dann benötigt man eben genau 1,75 mal mehr Masse an Eisen als an Schwefel. 3) Das Gesetz der multiplen Proportionen: (1803 von John Dalton): „Bilden 2 Elemente mehr als eine chemische Verbindung, so stehen die Massen der jeweiligen gleichen Elemente zueinander im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen.“ Ein Beispiel: aus den Elementen Kohlenstoff und Sauerstoff lassen sich die beiden Verbindungen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid bilden. Zerlegt man beide Kohlenstoffoxide in ihre Elemente (also Kohlenstoff und Sauerstoff), so ergeben sich – bezogen auf die Kohlenstoffmasse von 1 – für die Sauerstoffmassen die Werte 1,33g und 2,66g. Die Massenverhältnisse des Sauerstoffs stehen somit zu- einander 1 : 2, also im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen. Dies ist erklärbar mit der Atomtheorie: Wenn ein Sauerstoffatom 1,33 × schwerer ist als ein Kohlen- stoffatom, so verbindet sich Kohlenstoff entweder mit ei- nem Sauerstoff (CO) oder mit 2 Sauerstoffen (CO 2 ) i Abb. 2.4: 1 gC + 1,33gO 2,33gCO 1 gC + 2,66gO 3,66gCO 2 Zusammenfassung Die erste Idee der Atome stammt von dem griechischen Naturphilosoph Demokrit : (5. Jh. v. Chr.) Es gibt nur Atome und den leeren Raum. Erst um das Jahr 1800 herum wurde die Idee der Atome wie- der aufgegriffen. John Dalton stellte die erste naturwissen- schaftlich begründete Atomtheorie auf: – Alle Elemente bestehen aus Atomen – Atome sind unzerstörbar – Bei chemischen Reaktionen gruppieren sich die Atome um 2.2 Wir müssen wissen, wovon wir reden Wichtige chemische Grundbegriffe Chemiker sind Teilchenfanatiker (während sich Physiker eher mit Kräften und Feldern beschäftigen). Es ist not- wendig, die wichtigsten Teilchenbegriffe zu kennen. Die ersten dieser Begriffe werden in diesem Kapitel vorgestellt. Wichtig ist in der Chemie auch, in welcher Ebene man sich befindet: in der makroskopischen, also sichtbaren Welt, oder in der mikroskopischen, also der Teilchenwelt. Mikroskopische Welt – Teilchenwelt: Atome sind die kleinsten chemischen Bausteine der Materie. Von ihnen gibt es genau so viele verschiedene Arten, wie Kästchen im Periodensystem stehen (118 Stück, ( F3 ) zum Beispiel Eisen-Atome, Kupfer-Atome, Wasserstoff-Atome). Auf unser obiges Modell bezogen kann man sie sich als verschiedene einzelne Legosteine vorstellen. In Modellen wie zum Beispiel in Molekülbaukästen sind die Atome als Kugeln verschiedener Farben dargestellt: Wasser- stoff-Atome weiß, Kohlenstoff-Atome schwarz. Ionen sind Teilchen, die eine Ladung tragen. Positiv gelade- ne Ionen heißen Kationen , negativ geladene Ionen heißen Anionen . Ionen können sowohl aus Einzelatomen entstehen z. B. Fluoridion oder Natriumion, als auch aus Molekülen, z. B. Carbonat-Ion oder Hydoxidion. Solche zusammenge- Z Wie viele unterschiedliche Arten von Atomen gibt es? Wo kann man nachsehen, wie viele es gibt? Wie unterscheidet sich ein Atom von einem Ion? Wie unterscheidet sich ein Atom von einem Molekül? Warum ist der Titel einer Naturdokumentation im Fernsehen „Lebenselement Wasser“ chemisch falsch? F3 F4 F5 Abb. 2.5: Atommodelle Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv