5 Fehler in Daltons Atomtheorie

John Dalton erarbeitete den Kern der modernen Atomtheorie in den frühen 1800er Jahren. Aber es stellte sich heraus, dass er einige Probleme hatte.

Atome
Dalton Atomtheroie und ihre Fehler

In den frühen 1800er Jahren entwickelte ein britischer Wissenschaftler die Wurzel der modernen Atomtheorie. Sein Name war John Dalton, und seine Theorie würde das wissenschaftliche Establishment der damaligen Zeit erschüttern.

Hier erforschen wir kurz den Mann hinter der Theorie und decken ihre Behauptungen und schwerwiegende Mängel auf.

Was sind die fünf Hauptpunkte von Daltons Atomtheorie?

In 1803 schlug John Dalton seine Atomtheorie vor. Er war zu dieser Zeit Tutor und stützte seine Erkenntnisse auf experimentelle Beweise und die Gesetze chemischer Kombinationen.

Darin machte er mehrere interessante Behauptungen: –

1. Dass alle Materie aus winzigen, unteilbaren und unzerstörbaren Teilchen, den Atomen, besteht. Das Atom ist die kleinste Einheit der Materie, die an einer chemischen Reaktion teilnehmen kann.

2. Alle Atome eines bestimmten Elements sind in Masse und Eigenschaften identisch, unterscheiden sich aber von den Atomen anderer Elemente.

3. Materie kann nicht geschaffen oder zerstört werden.

4. Atome verschiedener Elemente können sich in festen, einfachen, ganzzahligen Verhältnissen miteinander verbinden, um Verbundatome zu bilden.

5. Atome desselben Elements können sich in mehr als einem Verhältnis zu zwei oder mehreren Verbindungen verbinden.

Damit ist seine Theorie einer der umfassendsten Versuche zu definieren, was eine chemische Reaktion eigentlich ist – nämlich eine Umlagerung von Atomen.

Wer war John Dalton?

John Dalton war ein britischer Chemiker und Meteorologe, der am 6. September 1766 in Eaglesfield, Cumberland, geboren wurde. Er ist vor allem für die Einführung der Atomtheorie in die Chemie bekannt.

Dalton wurde in eine Quäkerfamilie geboren und war der Sohn eines Webers.

In den 1790er Jahren wurde Dalton als Lehrer für Mathematik und Naturphilosophie an die New College Academy in Manchester berufen. Im Alter von 21 Jahren hatte er begonnen, ein umfangreiches meteorologisches Tagebuch zu führen und schrieb später eine Sammlung von Essays zu verschiedenen meteorologischen Themen.

„Dieses Werk, Meteorologische Beobachtungen und Aufsätze, wurde 1793 veröffentlicht. Es erregte anfangs wenig Aufsehen, enthielt aber originelle Ideen, die zusammen mit Daltons weiter entwickelten Artikeln den Übergang der Meteorologie von einem Thema der allgemeinen Folklore zu einer ernsthaften wissenschaftlichen Beschäftigung markierten. – Enzyklopädie Britannica

Ein Teil seiner Arbeit half ihm bei der Spekulation, dass die Erdatmosphäre eine physikalische Mischung der Elemente aus etwa 80% Stickstoff und 20% Sauerstoff sei.

Durch seine Experimente war er auch in der Lage, die Kapazität der Luft, Wasserdampf zu absorbieren, zu messen und zu beobachten, dass die Variation des Dampfdrucks für alle Flüssigkeiten bei gleicher Temperaturschwankung gleich ist.

Er war die erste Person, die den Partialdruck (in Bezug auf das physikalische Gesetz) definierte und wurde später von einem anderen angesehenen britischen Wissenschaftler, John Frederic Daniell, als „Vater der Meteorologie“ bezeichnet

Aufbauend auf seinen Ideen des Partialdrucks entwickelte John später seine berühmte Atomtheorie.

Was sind die Misserfolge von Daltons Atomtheorie?

So interessant die Theorie Daltons auch war, hatte sie doch einige sehr schwerwiegende Nachteile.

1. Seine Behauptung, das Atom sei unteilbar, hat sich inzwischen als falsch erwiesen. Wie wir heute alle wissen, lassen sich Atome in der Tat weiter in eine Reihe von subatomaren Teilchen unterteilen.

Atome setzen sich eigentlich aus Protonen, Neutronen, Elektronen und anderen subatomaren Teilchen zusammen. Dalton hatte jedoch insofern Recht, als dass chemische Reaktionen nur auf atomarer Ebene wirklich stattfinden.

2. Dalton behauptete, dass alle Atome desselben Elements in jeder Hinsicht gleich sind. Doch wie wir inzwischen herausgefunden haben, kann ein Element in verschiedenen Formen, den sogenannten Isotopen, existieren, die in ihren Kernen gleiche Anzahl von Protonen, aber unterschiedliche Anzahl von Neutronen enthalten. Isoptope unterscheiden sich voneinander durch ihre relative Atommasse, nicht aber durch ihre chemischen Eigenschaften. Zum Beispiel hat Kohlenstoff 15 bekannte Isotope (obwohl nicht alle davon stabil sind).

3. Ähnlich wie in Punkt 2 oben behauptete auch Dalton, dass alle Atome verschiedener Elemente in jeder Hinsicht verschieden seien. Auch dies hat sich inzwischen unter bestimmten Umständen als falsch erwiesen.

Beispielsweise können sich die Isotope verschiedener Elemente in der Ordnungszahl (Anzahl der Protonen) unterscheiden, aber die gleiche Massenzahl haben.  Diese werden als -Isobaren bezeichnet. Beispielsweise haben Argon 40, Kalium 40 und Kalzium 40 jeweils eine Atommasse von 40 amu, unterscheiden sich aber in ihrer Ordnungszahl.

4. Dalton behauptete auch, dass sich Atome verschiedener Elemente bei der Bildung von Verbindungen in einem einfachen ganzzahligen Verhältnis verbinden. Dies wird bei komplexen organischen Verbindungen wie Zucker – C12H22O11 – nicht beobachtet.

5. Daltons Theorie befasst sich nicht mit Allotropen, der Eigenschaft einiger chemischer Elemente, in zwei oder mehr verschiedenen Formen im gleichen chemischen Zustand zu existieren. Zum Beispiel kommt Kohlenstoff in den Festkörpern Graphen, Graphit und Diamant vor.

Daltons Atomtheorie hatte jedoch einige Vorzüge.

– Seine Atomtheorie erklärt zum Teil die Gesetze der chemischen Kombination (das Gesetz der konstanten Zusammensetzung und das Gesetz der mehrfachen Proportionen).

– Dalton war einer der ersten, der eine praktikable Unterscheidung zwischen fundamentalen Teilchen eines Elements und Verbindungen, die sie bilden können, erkannte.

Wie hat Dalton seine Theorie entwickelt?

Zu der Zeit, als Dalton seine interessante Theorie formulierte, war das Gebiet der Chemie noch im Entstehen. Die Chemie wurde immer strenger und basierte mehr auf früheren Erfahrungen und Misserfolgen.

Zwei der in dieser Zeit entwickelten Gesetze, die Dalton in seinen Theorien verwendete, waren das Gesetz der konstanten Zusammensetzung und das Gesetz der mehrfachen Proportionen sowie das Gesetz der konstanten Zusammensetzung.

Gesetz der konstanten Zusammensetzung – Dieses besagt, dass Proben einer reinen Verbindung immer die gleichen Elemente im gleichen Massenverhältnis enthalten. Grundsätzlich besteht Wasser immer aus 1 Gramm Wasserstoff und 8 Gramm Sauerstoff.

Mit anderen Worten: Unabhängig davon, wie eine Verbindung gewonnen oder hergestellt wird, wird eine reine Version immer die gleichen Elemente im gleichen Massenverhältnis enthalten. Zum Beispiel enthält Kohlendioxid (CO2) immer Kohlenstoff und Sauerstoff in einem Massenverhältnis von 3:8. Wasser (H2O) besteht immer aus Wasserstoff und Sauerstoff in einem Massenverhältnis von 1:9.

Dieses Gesetz bildet zusammen mit dem Daltonschen Gesetz der mehrfachen Proportionen die Grundlage für die Stöchiometrie in der Chemie.

Das Gesetz der multiplen Proportionen – Dieses besagt, dass, wenn sich zwei Elemente miteinander verbinden, um mehr als eine Verbindung zu bilden, die Gewichte des einen Elements, die sich mit einem festen Gewicht des anderen verbinden, in einem Verhältnis von kleinen ganzen Zahlen stehen.

Das klingt vielleicht etwas merkwürdig, deshalb wollen wir ein Beispiel anführen, um es deutlicher zu machen.

„Zwei Verbindungen bestehen aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Die erste Verbindung enthält 1,333 g Sauerstoff für jedes Gramm C. Die zweite Verbindung enthält 2,666 g Sauerstoff für jedes Gramm Kohlenstoff. Die Zahlen 1,333 und 2,666 bilden ein einfaches Verhältnis von 1:2. – abetterchemtext.com.

courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/the-law-of-conservation-of-mass/“ target=“_blank“ rel=“noopener noreferrer nofollow“><The Law of Conservation of Mass – „Das Massenerhaltungsgesetz besagt, dass die Masse in einem isolierten System durch chemische Reaktionen oder physikalische Umwandlungen weder erzeugt noch zerstört wird. – courses.lumenlearning.com. In diesem Sinne müssen die Produkte einer Reaktion immer die gleiche Masse wie die Reaktanten haben.

Daltons interessante Theorie war also ein Produkt des Versuchs, diese Prinzipien zu verstehen.

„Verbindungen sind Kombinationen von Atomen, und die Kombinationen sind immer gleich (Definitive Proportionen). Verschiedene Verbindungen haben eine unterschiedliche Anzahl von Atomen, aber da zwei Atome genau das Doppelte eines Atoms wiegen müssen, ergibt sich ein einfaches Verhältnis zwischen diesen Massen (Multiple Proportionen). – abetterchemtext.com.