Dalton-Atommodell: Atome und Massenerhaltung

Warum lassen sich Elemente chemisch nicht in einfachere Stoffe zerlegen? John Dalton erklärte dies Anfang des 19. Jahrhunderts mit Atomen als kleinsten Bausteinen der Materie.

Die wichtigsten Annahmen lauten: Jedes Element besteht aus einer eigenen Atomsorte. Alle Atome derselben Atomsorte haben dieselbe Masse und Größe. Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Masse und Größe. Atome werden bei chemischen Reaktionen weder erzeugt noch vernichtet. Bei einer Reaktion werden Atome neu angeordnet und in bestimmten ganzzahligen Anzahlverhältnissen verbunden.

Ein Modell ist eine vereinfachte Vorstellung, mit der Beobachtungen erklärt werden. Dalton konnte Atome nicht direkt beobachten. Seine Kugeldarstellung ist deshalb nicht mit einem Foto eines realen Atoms gleichzusetzen.

Was geschieht mit den Teilchen, wenn neue Stoffe entstehen? Nach Dalton werden vorhandene Atome getrennt und in einer neuen Zusammenstellung verbunden.

So prüfst du eine Teilchendarstellung: Zähle zuerst vor der Reaktion jede Atomsorte getrennt. Zähle dann nach der Reaktion erneut jede Atomsorte. Vergleiche anschließend die Zahlen. Stimmen sie für jede Atomsorte überein, ist die Atomerhaltung erfüllt.

Wenn Atome nicht verschwinden und jedes Atom seine Masse behält, bleibt auch die Summe ihrer Massen gleich. Das erklärt mit dem Dalton-Modell das Gesetz der Massenerhaltung. Es gilt für alle beteiligten Stoffe zusammen, also auch für Gase. Entweicht ein Gas aus einem offenen Gefäß, zeigt eine Waage danach weniger an, obwohl kein Atom verschwunden ist: Es wurde dann nur nicht alles mitgewogen.

Atome verbinden sich nach Dalton nicht in beliebigen Bruchteilen, sondern als ganze Atome. Deshalb treten feste ganzzahlige Anzahlverhältnisse auf, zum Beispiel AB, A₂B oder A₃B. Die tiefgestellte Zahl gibt an, wie viele Atome dieser Sorte in einer Gruppe stecken; fehlt sie, ist es ein Atom.

Weil jedes A-Atom und jedes B-Atom im Modell eine feste Masse besitzt, führt ein festes Anzahlverhältnis zugleich zu einem festen Massenverhältnis. Eine bestimmte Verbindung besitzt daher stets dasselbe Verhältnis der beteiligten Elementmassen.

Die Begriffe in der Tabelle gehören zusammen, bezeichnen aber nicht dasselbe. Dalton unterschied Atome und Moleküle historisch noch nicht zuverlässig. Heute weiß man zum Beispiel, dass auch gleiche Atome Moleküle bilden können.

Das Dalton-Atommodell ist nützlich, aber begrenzt. Besonders gut erklärt es die Neuordnung von Atomen, die Atomzahlerhaltung und die Massenerhaltung.

Spätere Erkenntnisse zeigen jedoch: Atome sind nicht unteilbar, sondern besitzen eine innere Struktur. Heute weiß man: Ein Atom hat einen winzigen, positiv geladenen Atomkern in der Mitte. Um ihn herum liegt die viel größere Atomhülle mit den Elektronen, winzigen negativ geladenen Teilchen. Das Dalton-Modell unterscheidet nicht zwischen Atomkern und Atomhülle. Es enthält keine elektrischen Ladungen und keine Elektronen, die Atome miteinander verbinden. Es erklärt nicht, warum Teilchen bei einer Elektrolyse zu unterschiedlichen Polen wandern. Bei einer Elektrolyse zerlegt elektrischer Strom einen Stoff, zum Beispiel ein geschmolzenes oder in Wasser gelöstes Salz; dabei wandern geladene Teilchen zum Pluspol oder zum Minuspol. Das Modell erklärt auch keine Isotope, also Atome desselben Elements mit unterschiedlicher Masse.