Kugelteilchenmodell von Dalton

Info zu Dalton

John Dalton (1766 -1844) war ein englischer Naturforscher und Lehrer. Wegen seiner grundlegenden Untersuchungen zur Atomtheorie gilt er als einer der Wegbereiter der Chemie

John Dalton stellte das erste wissenschaftlich fundierte Atommodell mit den folgenden Aussagen auf:

Aussagen von dem Kugelteilchenmodell von Dalton

  • Jeder Stoff besteht aus kleinsten, unteilbaren Teilchen, den Atomen (vom Griechischen a-tomos, „nicht-teilbar“)
  • Alle Atome eines Elements haben das gleiche Volumen, die gleiche "regelmäßigen geometrischen Formen" und die gleiche Masse.
    Die Atome unterschiedlicher Elemente unterscheiden sich in ihrem Volumen ihrer Form und in ihrer Masse.
     © Wikipedia, Demokrit, 28.01.2020, Angepasst von A.Spielhoff,  CC BY SA 3.0

  • Jeder Stoff besteht aus Atomen. Die Atome sind winzige kugelförmige Teilchen die sich nicht weiter teilen lassen.
  • Jeder Elementare Stoff (Element) besteht aus Atomen, die untereinander gleich sind. Alle Atome eines Elementes haben die gleiche Größe und Masse. Es gibt genau so viele Atomsorten wie es Elemente gibt. Verschiedene Atome bzw. Elemente haben verschiedene Grössen und Massen. 
  • Atome sind unveränderlich und unzerstörbar. Sie können nur zu verschiedenen Verbindungen neu angeordnet und kombiniert werden. Das passiert bei chemischen Reaktionen.

Daltons Atommodell ist in vielen Punkten sehr ähnlich mit dem von Demokrit erweitert es aber um die chemischen Reaktionen.

Die Modellart

Das Modell ist sehr einfach aufgebaut und wird deshalb für die Erklärung von einfachen Sachverhalten verwendet.

Darstellung eines Sauerstoff Atoms mit dem Kugelteilchenmodell

A.Spielhoff, 2 Kugelteilchen, CC BY 4.0

A.Spielhoff, 2-Kugelteilchenmodell,  CC BY SA 4.0

Genauigkeit des Modell am Beispiel eines Autos

L.Ebbersmeyer, Modell 1 (Dalton), CC BY SA 4.0

L.Ebbersmeyer, Modell 1 (Kugelteilchenmodell),  CC BY SA 4.0

Interaktives YouTube Video von "musstewissen Chemie" zu John Dalton

Stoffe, Elemente und Verbindungen

In der Natur sind die wenigsten (Rein)Stoffe aus einzelnen Atomen aufgebaut, bei den meisten sind die Atome in “Molekülen verbunden” oder großen “Verbänden angeordnet”.
Bei (Rein)Stoffen kann man zwischen Elementen und Verbindungen unterscheiden.

  • Elemente (alle Atome sind von der selben Sorte)
    • Isolierte Atome (nur die Edelgase wie Helium, Neon, Argon, …)
    •  Elementmoleküle (viele Gase wie z.B. Sauerstoff (O2) oder Wassersoff (H2) bestehen aus zweiatomigen Molekülen)
    • Metallverbände (Sie bestehen wie z.B. bei Eisen oder Aluminium aus einer riesigen Zahl gleicher Atome, die dicht gepackt angeordnet sind.)
  • Verbindungen (setzen sich aus zwei oder mehreren Atomen zusammen)
    • Moleküle (Sie sind Verbindungen, die aus einer ganz bestimmten Anzahl bestimmter Atome zusammengesetzt sind.
      Wie z.B. Wasser welches aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoff Atom aufgebaut ist. Seine Formel ist deshalb (H2O))
    • Salze (Bestehen aus einer riesigen Anzahl elektrisch positiv und negativ geladener Ionen.
      Wie z.B. Natriumchlorid (NaCl auch Kochsalz genannt.)

Der Unterschied zwischen, Stoff, Reinstoff, Element, Verbindung, Molekülen und Ionen wird sehr gut in dem folgenden Video erläutert.

Chemische Reaktionen mit dem Kugelteilchenmodell

Nach Dalton können sich Atome bei Reaktionen in einem bestimmten Zahlenverhältnis neu anordnen (Massenerhaltungssatz).  
Im folgenden sind drei Beispiele für chemische Reaktionen gezeigt.


(c) A.Spielhoff, Knallgas Reaktion, CC BY 4.0

So reagieren z.B. die Gase Wasserstoff (H2) mit Sauerstoff (O2) zu Wasser.
Hierbei reagiert immer ein Sauerstoff Atom mit zwei Wasserstoff Atomen. Es entsteht Wasser (“zweiWasserstoffeinSauerstoff“) oder chemisch geschrieben H2O. Fachlich richtig wäre auch Dihydrogenmonoxid.

Bei der Reaktion wir Energie frei. Deswegen läuft sie nachdem man sie gestartet hat von alleine ab.

Aber auch Feststoff wie Kupfer und Schwefel können chemische Reaktionen eingehen.

Die vorhandenen Kupferatome und Schwefelatome der Ausgangsstoffe ordnen sich bei der Reaktion neuen an, dabei geht keine Masse verloren. 
Das Verhältnis mit dem Kupfer und Schwefel reagieren ist dabei immer gleich.

  • Wenn z.B. 2g Kupfer mit 1g Schwefel reagieren, dann reagieren 6g Kupfer mit 3g Schwefel.


(c) A.Spielhoff, Kupfersulfid, CC BY 4.0


(c) A.Spielhoff, Eisenoxid, CC BY 4.0

Links reagiert das Gas Sauerstoff (O2) mit dem festen Eisen (Fe) zu Eisenoxid (FeO)

Mit dem Kugelteilchenmodell lassen sich erklären:

  • Die Temperatur: Die Teilchen sind ständig in Bewegung; je höher die Temperatur eines Stoffes ist, desto schneller ist die Bewegung der Teilchen.  Je kälter eine Stoff ist, desto langsamer bewegen sich die Teilchen.
    • Der absolute Nullpunkt: Beim Abkühlen wird die Bewegung der Teilchen immer langsamer. Bei −273,15 °C (benannt nach Lord Kelvin) sind die Teilchen nicht mehr in Bewegung, deshalb kann sich der Stoff nicht weiter abkühlen.
    • Die Aggregatzustände: Je nachdem, wie der Abstand der Teilchen und deren Geschwindigkeit in einem Stoff ist, handelt es sich dabei um einen festen, flüssigen oder gasförmigen Stoff.
  • Die Brownsche Molekularbewegung: Ein Staubkörnchen auf einer Wasseroberfläche bewegt sich unter dem Mikroskop scheinbar von alleine hin und her, weil die Teilchen des Wassers aufgrund ihrer eigenen Bewegung das Staubkörnchen anstoßen.
  • Die Diffusion: Aufgrund der eigenen Bewegung von Teilchen verteilt sich z.B. ein Gas von selbst in einem anderen Gas oder Tinte in einem Glas Wasser.
  • Der Druck: Die kleinsten Teilchen stoßen in einem eingeschlossenen Volumen gegen die Wände und erzeugen dadurch eine Kraft nach außen.
  • Die Wärmeübertragung / Wärmeleitung: Wird ein Gegenstandes an einer Stelle erhitzt geraten dadurch dort befindliche Teilchen in Bewegung, so stoßen sie die benachbarten Teilchen des Gegenstandes an und geben so die schnellere Bewegung der Teilchen (die Wärme ) weiter.
  • Die Komprimierbarkeit der Gase: Übt man auf Gas, das in einem geschlossenen Behälter ist, Druck aus, so wird das Volumen verringert. Das ist möglich, weil der große Abstand zwischen den Teilchen verringert wird. Durch besonders hohen Druck können die meisten Gase sogar verflüssigt werden. Bei Flüssigkeiten und Feststoffen kann das Volumen fast gar nicht verringert werden, weil die Teilchen nahe beieinander sind.

(c) Wikipedia, Teilchenmodell, Angepasst von A.Spielhoff, CC-bY-SA-3.0

Nicht erklären lassen sich mit dem Kugelteilchenmodell:

  • Das Gewicht: Das Sauerstoff eine geringere Masse als ein Goldatom hat.
  • Die Zusammensetzung: Das sich ein Wassermolekül aus 2 Wasserstoffatomen und 1 Sauerstoffatom zusammen setzt. Und nicht etwas aus 1 Wasserstoffatom und 3 Sauerstoffatomen.
  • Die Eigenschaften:
    • das Eisen magnetisch ist
    • das Sauerstoff bei Raumtemperatur gasförmig, Wasser aber flüssig ist.
    • das Schwefel gelb
    • das manche Stoffe giftig sind und ander süß
  • Die Reaktionsfähigkeit:
    • Warum brennt Holz, aber ein Stein nicht.
    • Warum brennt Magnesium mit heller Flamme und eine Eisennagel nicht.

Und viele mehr.

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