Thomsonsches Atommodell

Grundidee des Modells

Das thomsonsche Atommodell ist ein Atommodell von Joseph John Thomson aus dem Jahr 1903. Es beschreibt das Atom als gleichmäßig verteilte, positiv geladene Masse, in der sich negativ geladene Elektronen bewegen. Weil die Elektronen in dieser positiven Masse wie Rosinen in einem Kuchen gedacht wurden, heißt es auch Plumpudding- oder Rosinenkuchenmodell.

Im Grundzustand sind die Elektronen so angeordnet, dass ihre potentielle Energie minimal ist. Werden sie angeregt, beginnen sie zu schwingen.

Entwicklung aus der Elektronenentdeckung

1897 zeigte Joseph John Thomson, dass Kathodenstrahlen aus geladenen Teilchen bestehen: den Elektronen. Durch ein stark verbessertes Vakuum konnte er das Verhältnis von Ladung zu Masse dieser Teilchen bestimmen.

Thomson vermutete, dass die Elektronen bereits in den Atomen der Kathode vorhanden waren. Daraus entwickelte er 1903 das erste Atommodell, das Atomen eine innere Struktur zuschrieb.

Aufbau und Erklärungskraft

In Thomsons ursprünglichem Modell sollten allein die Elektronen für die Masse eines Atoms verantwortlich sein. Für ein Wasserstoffatom bedeutete das, dass darin schon über 1800 Elektronen vorhanden sein müssten.

Die gleich große positive Ladungsmenge nahm Thomson dagegen als masselos an. Sie sollte das Volumen des Atoms ausfüllen und außer für Elektronen undurchdringlich sein. Thomson wusste zwar, dass ein so aufgebautes Atom nicht stabil sein konnte, konnte damit aber den normalen Zeeman-Effekt quantitativ erklären.

Probleme und Ablösung

Ab 1906 zeigten Experimente mit Röntgenstrahlen, dass die Zahl der Elektronen viel kleiner sein musste als Thomson vorhergesagt hatte. In einem Atom konnte sie nur etwa gleich der Massenzahl des Atoms sein.

Ein weiteres Problem betraf das Wasserstoffatom: Das eine Elektron würde bei Anregung harmonische Schwingungen durch den Mittelpunkt des Atoms ausführen und dadurch Licht aussenden. Das Modell erlaubt dabei jedoch nur eine Spektrallinie, was der experimentellen Beobachtung widerspricht.

Der rutherfordsche Streuversuch von 1909, durchgeführt von Hans Geiger, Ernest Marsden und Ernest Rutherford, zeigte schließlich, dass die positive Ladung in einem Atomkern vereinigt ist und den größten Teil der Atommasse ausmacht. Auf dieser Grundlage wurde das thomsonsche Modell 1911 zum rutherfordschen Atommodell verfeinert.