Chemische Grundlagen
Bindungsmodelle
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Atommodelle sind in der Chemie wichtig, um Atome beschreiben und deren Eigenschaften verstehen zu können. Was Atommodelle sind und welche es gibt, erfährst du hier und im Video .

Atommodell einfach erklärt

Ein Atommodell ist ein Modell für den Aufbau eines Atoms sowie seiner Bestandteile (Atomkern, Atomhülle). Die Beschreibung moderner Atommodelle beruht auf wissenschaftlichen Experimenten und deren Beobachtungen.

Im Laufe der Geschichte haben verschiedene Personen ihre Atommodelle erstellt. Dabei sind die Atomodelle von Ernest Rutherford (Rutherfordsches Atommodell) und Niels Bohr (Bohrsches Atommodell) die historisch wichtigsten.

Atommodelle Übersicht

Hier siehst du einen kurzen Überblick über die wichtigsten Atommodelle. Die Atommodelle sind vor allem zu Beginn des 20. Jahrhunderts zunehmend genauer geworden.

  • Teilchenmodell von Demokrit (5. Jhdt. v. Chr.)
  • Daltons Atomhypothese (1803)
  • Atommodell von Thomson (1904)
  • Rutherfordsches Atommodell (1911)
  • Bohrsches Atommodell (1913)
  • Orbitalmodell (1928)

Teilchenmodell von Demokrit

Die erste Vorstellung von Atomen stammt aus dem 5. Jahrhundert vor Christus. Der griechische Philosoph Leukipp und sein Schüler Demokrit formulierten, dass es etwas Unteilbares geben muss. Denn sie hatten die Vermutung, dass Materie nicht beliebig weit zerteilt werden kann. Deshalb war ihre Vermutung, dass Stoffe aus festen, unteilbaren Teilchen bestehen. Die Kernaussage des Teilchenmodells ist:

  • Materie besteht aus kleinsten, unteilbaren Teilchen, den Atomen.

Das Wort „atomos“ ist griechisch und bedeutet unteilbar.

Atommodell von Dalton

Der Chemiker John Dalton stellte am Anfang des 19. Jahrhunderts ein erweitertes Modell im Vergleich zu Demokrit vor. Es ist auch als Daltons Atomhypothese bekannt. Auch er definierte das Atom als kleinste Einheit der Materie. Der bedeutendste Unterschied in der Betrachtung von Dalton war folgender: Atome können verschieden sein und unterscheiden sich dann in ihrer Masse . %<img class="alignnone  wp-image-66923" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/09/Dalton-1-300x169.png" alt="" width="540" height="304" /> %<strong>Bildüberschrift</strong>: Daltons Atommodell; <strong>Alttext</strong>: atommodelle, atommodell, atommodell dalton, rosinenkuchenmodell, atommodell thomson, atommodel, atommodell von dalton, atommodelle chemie, atom modelle, atom modell, atommodelle physik, chemie atommodelle;<strong>@Animation</strong>: das Bild ist aus dem bestehenden Video; für das Bild wären Stichpunkte sinnvoller als Zahlen, bei den "verbildlichten" Aussagen (3 und 4) wäre es sinnvoller, dass die Kugeln nicht schon fast in den Text reingehen, das müsste besser abgetrennt/auftgeteilt sein, und zu dem vierten Punkt: wenn die dunklen Kugeln auf der rechten Seite des Pfeiles größer als die gelben sind müsste das links auch schon so sein

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Daltons Atommodell

Das Modell von Dalton beinhaltet folgende Punkte:

  • Jeder Stoff besteht aus kleinsten, unteilbaren Grundbausteinen, den Atomen.
  • Atome eines bestimmten Elements sind in ihrer Masse und ihrem Volumen identisch.
  • Die Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Masse und Volumen.
  • Bei chemischen Reaktionen werden Atome weder vernichtet noch erzeugt.
  • Die Atome der Ausgangsstoffe werden bei chemischen Reaktionen neu angeordnet.

Atommodell von Thomson

Ende des 19. Jahrhunderts (1897) beobachtete Joseph Thomson in einem Experiment mit einer Glühkathode folgendes: Elektronen verlassen Metalle beim Erhitzen.

Weiterhin konnte er die Masse der Elektronen bestimmen: Sie sind fast 2000-mal leichter als ein Wasserstoffatom.

Somit zeigte Thomson, dass Atome nicht unteilbar sind und weitere Bestandteile besitzen müssen. Im Jahr 1904 schlug er basierend auf seinen Beobachtungen sein Atommodell vor. %<img class="alignnone size-medium wp-image-66928" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/09/Thomson-1-300x169.png" alt="" width="300" height="169" /> %<strong>Bildüberschrift</strong>: Atommodell Thomson; <strong>Alttext</strong>: atommodelle, atommodell, atommodell dalton, rosinenkuchenmodell, atommodell thomson, atommodel, atommodell von dalton, atommodelle chemie, atom modelle, atom modell, atommodelle physik, chemie atommodelle;<strong>@Animation</strong>:das Bild ist auch aus dem bestehenden Video; hier ist es wichtig das Modell selbst zu vergrößern, folglich dann auch die Textkästen etwas anpassen; folgende Textkästen sollten weiter enthalten sein: "Atome enthalten negative Teilchen: Elektronen", "Atome..., dann die Aufzählung mit dem Ausrufezeichen, die Textkästen "Ion", "Elektronen abgeben" und "Elektronen aufnehmen", was noch gut wäre wäre die Beschriftung der Protonen (+), um das auf dem Bild zu erkennen

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Atommodell Thomson

Die wichtigsten Punkte von Thomsons Atommodell sind:

  • Das Atom hat eine gleichmäßig verteilte, positive Masse.
  • Die negativ geladenen Elektronen bewegen sich über das Atom verteilt.
  • Die Atome sind elektrisch neutral, sie können jedoch Elektronen abgeben oder aufnehmen.
  • Bei der Abgabe oder Aufnahme von Elektronen entstehen aus den Atomen Ionen .

Da die Elektronen im Atom sich ähnlich wie Rosinen in einem Kuchen verteilen, sprichst du hier auch vom Rosinenkuchenmodell.

Rutherfordsches Atommodell

Ernest Rutherford erweiterte das von Thomson bestehende Atommodell nur wenige Jahre später. Auch hier lieferte ein Experiment die Grundlage zur Änderung des bestehenden Atommodells:

Rutherford beschoss eine dünne Goldfolie mit Alphateilchen. Dabei beobachtete er, dass nur ein kleiner Teil der Alphateilchen auf einen Schirm reflektiert wurde. Der Großteil der Alphateilchen passierte die Goldfolie ungehindert (Rutherford Streuversuch ).

Sein Ergebnis lieferte keine gute Übereinstimmung mit den Annahmen des Atommodells von Thomson. Denn im Falle kompakter Atome hätten mehr Alphateilchen reflektiert werden müssen.

Rutherford formulierte daraufhin, dass ein Großteil des Atomvolumens ‚leer‘ sei. Sowohl die Masse als auch die positive Ladung muss wenig Volumen haben und sich im Inneren des Atoms befinden. %<img class="alignnone size-medium wp-image-66926" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/09/Rutherford-1-300x169.png" alt="" width="300" height="169" /> %<strong>Bildüberschrift</strong>: Atommodell Rutherford; <strong>Alttext</strong>: atommodelle, atommodell, atommodell dalton, rosinenkuchenmodell, atommodell thomson, atommodel, atommodell von dalton, atommodelle chemie, atom modelle, atom modell, atommodelle physik, chemie atommodelle;<strong>@Animation</strong>:das Bild ist auch aus dem bestehenden Video; hierfür würde ich jedoch nur den rechten Bildteil zeigen (Atommodell), am besten ausschneiden (Modell dann vergrößert in die Mitte), gelbe Pfeile weg, der kleine Textkasten über dem Atommodell sollte auch drinbleiben, gut wäre noch wenn ein Textkasten mit "Grundlage durch Streuversuch von Rutherford" auf das Bild passt

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Atommodell Rutherford

Das Atommodell von Rutherford umfasst folgende Punkte:

  • Das Atom besteht aus einem Atomkern und einer Atomhülle.
  • Der Kern ist positiv geladen, besitzt den Großteil der Masse und liegt im Zentrum des Atoms.
  • In der Atomhülle befinden sich die negativ geladenen Elektronen (Elektronenhülle).
  • Die Elektronen sind viel kleiner als der Atomkern und kreisen in der Elektronenhülle um den Atomkern.

Bohrsches Atommodell

Das Bohrsche Atommodell im Jahr 1913 war eine sehr wichtige Erweiterung des Rutherfordschen Atommodells. Der Unterschied besteht in der Beschreibung der Elektronen .

Im Gegensatz zu Rutherford erkannte Bohr, dass das Modell von Rutherford bei Anwendung der klassischen Physik widersprüchlich ist. Denn eine bewegte Ladung strahlt Energie ab.

Das Elektron würde bei Verlust von Energie nach nur kurzer Zeit in einer spiralförmigen Bewegung in den Atomkern ‚hineinfallen‘. Stabile Atome wären demnach nicht denkbar.

Bohr löste das Problem durch Aufstellen folgender Annahmen:

  • Die Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen mit bestimmten Energien, wobei jede Kreisbahn durch einen Energiewert charakterisiert ist.
  • Elektronen können durch Zufuhr von Energie auf eine weiter entfernte Kreisbahn ’springen‘.

%<strong>Bildüberschrift</strong>: Bohrsches Atommodell; <strong>Alttext</strong>: atommodelle, atommodell, atommodell dalton, rosinenkuchenmodell, atommodell thomson, atommodel, atommodell von dalton, atommodelle chemie, atom modelle, atom modell, atommodelle physik, chemie atommodelle;<strong>@Animation</strong>:das Bild ist auch aus dem bestehenden Video; folgendes würde ich entfernen: die geschweifte Klammer + "Kreisbahnen" und den "Elektronen stürzen nicht in den Atomkern"; daraufhin würde ich dann das Modell etwas vergrößert (was der Platz eben hergibt), bei dem Textkasten "erstes Modell..." muss es Quantenmechanik und nicht Quantentechnik sein; dann würde ich noch einen Textkasten hinzufügen (rechter Rand): "Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen", dann in der Zeile darunter ein eingerückter Pfeil mit den Stichworten "fester Radius" und "bestimmte Energien", die positiven Ladungen in der Mitte sollten kurz mit Atomkern gekennzeichnet werden

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Bohrsches Atommodell

Die Energie muss dabei der Energiedifferenz der beiden Kreisbahnen entsprechen. Gelangt das Elektron auf seine ursprüngliche Kreisbahn zurück, wird die Energie wieder in Form von Strahlung (Licht) abgegeben.

Orbitalmodell

Das Orbitalmodell ist das aktuellste Modell zur Beschreibung der Atome. Weiterhin beschreibt es die Elektronen sehr genau. Als Grundlage dienten die Arbeiten von Erwin Schrödinger und Werner Heisenberg aus der Quantenmechanik in den 1920er-Jahren. Du kannst es deshalb auch quantenmechanisches Atommodell nennen.

Die wichtigsten Punkte des Orbitalmodells sind:

  • Elektronen bewegen sich in sogenannten Orbitalen (dreidimensionale Aufenthaltsbereiche).
  • du gibst für die Elektronen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten in den Orbitalen an.
  • es gibt verschiedene Arten und Formen von Orbitalen.

Das Elektron im Wasserstoffatom zum Beispiel befindet sich in einem kugelförmigen s-Orbital. Welche Arten von Orbitalen es noch gibt und wie du sie bestimmst, erfährst du in unserem extra Video !

Das Orbitalmodell basiert auf komplexen mathematischen Rechnungen. Ausgangspunkt zur Berechnung ist die Schrödingergleichung.

Vereinfachte Atommodelle

Vor allem für die aktuelleren Atommodelle wie das Bohrsche Atommodell und das Orbitalmodell gibt es geeignete Modelle, um die komplexen Zusammenhänge vereinfacht darzustellen. Dazu gehören das Schalenmodell und das Kugelwolkenmodell.

Schalenmodell

Das Schalenmodell baut einerseits auf dem Bohrschen Atommodell auf, andererseits enthält es Elemente aus dem Orbitalmodell. Die wichtigsten Punkte des Schalenmodells sind:

  • Elektronen bewegen sich auf kreisförmigen Schalen um den Atomkern.
  • Die Schalen stehen für verschiedene Energien.
  • Jede Schale kann nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen.
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Schalenmodell

Die äußerste Schale eines Atoms bezeichnest du auch als Valenzschale. Die Elektronen auf der Valenzschale nennst du Valenzelektronen .

Weiterhin haben die Schalen verschiedene Bezeichnungen. Die erste bzw. innerste Schale ist die K-Schale. Die Nachfolgenden benennst du in alphabetischer Reihenfolge weiter (L, M, N, …). 

Kugelwolkenmodell

Das Kugelwolkenmodell ist eine Erweiterung des Schalenmodells in Richtung des Orbitalmodells. In den einzelnen Schalen befinden sich die Elektronen in sogenannten Kugelwolken (kugelförmige Elektronenwolken). 

In jeder Kugelwolke können zwei Elektronen Platz finden (Pauli-Prinzip ). Dabei kannst du die Kugelwolken als eine vereinfachte Darstellung der Orbitale verstehen. Sie sind der Aufenthaltsraum der Elektronen. 

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Kugelwolkenmodell

Je weiter eine Elektronenschale vom Atomkern entfernt ist, desto mehr Kugelwolken können sich geometrisch um den Kern anordnen. Dementsprechend passen bei wachsender Entfernung immer mehr Kugelwolken auf eine Schale.

Atome und Moleküle

Du hast jetzt eine gute Übersicht über die verschiedenen Atommodelle erhalten. Die Bindung von Atome führt in der Chemie zur Bildung von Molekülen. Schaue dir jetzt unser Video zu den Molekülen an, um mehr über sie zu erfahren!

Zum Video: Moleküle
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