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Thomsons Atommodell

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Die Autor*innen
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André Otto
Thomsons Atommodell
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Grundlagen zum Thema Thomsons Atommodell

Inhalt

Thomsons Atommodell – Chemie

Weißt du, was das Dalton-Atommodell ist? John Dalton entwickelte im Jahr 1808 ein Atommodell, bei dem die chemischen Elemente aus kleinen Teilchen – den Atomen – bestanden. Atome mit gleicher Masse bilden dabei ein Element. Doch was hat das nun mit dem Thomson-Atommodell zu tun? Joseph Thomson entdeckte viele Jahre später das Elektron und entwickelte das Atommodell von Dalton weiter. Im folgenden Text erfährst du einfach erklärt, was Thomson genau herausgefunden hat und warum Thomson sein Modell auch Rosinenkuchenmodell nannte.

Das Atommodell nach Thomson – Erklärung

Einfach erklärt beschreibt das thomsonsche Atommodell das Atom als eine positiv geladene Masse, in der sich gleichmäßig verteilte, negativ geladene Elektronen befinden. Außerdem glaubte Thomson, dass die Atome schwingen können. Wie sich Thomson das Atommodell vorstellte, kannst du dir im folgenden Bild ansehen:

Das thomsonsche Atommodell Schaubild

Das Atommodell nach Thomson wird auch als Plumpudding- oder Rosinenkuchenmodell bezeichnet. Ähnlich wie Rosinen in einem Kuchen sind auch die Elektronen gleichmäßig im Atom verteilt. Doch wie und wann stellte Thomson das Atommodell auf?

Geschichte des Thomson-Atommodells

Weißt du, wer Joseph Thomson war? Thomson war ein britischer Physiker, der im Jahr 1897 durch diverse Versuche nachweisen konnte, dass Atome auch aus negativen Elektronen bestehen. Dabei experimentierte Thomson mit Kathodenstrahlen. Sechs Jahre später – also im Jahr 1903 – stellte Thomson dann sein Atommodell auf.

Was kann das Atommodell von Thomson nicht erklären?

Doch dieses Modell stieß auch an Grenzen. Das Atommodell von Thomson konnte nicht erklären, wie die negativen Elektronen im Atom zurückgehalten werden. Weiter erklärt das Modell auch nicht, warum ein Atom überhaupt stabil ist. Erst das Rutherford-Atommodell, das im Jahr 1911 entstand, konnte die Stabilität eines Atoms erklären.

Eine weitere Ungereimtheit im Thomson-Atommodell ist die Tatsache, dass sich im Wasserstoffatom nur ein Elektron befindet. Wenn dieses Elektron angeregt wird, kann nach Thomsons Modell nur eine Schwingfrequenz entstehen. Dies geschieht jedoch nicht. Es entstehen mehrere Frequenzen.

Wer war Joseph Thomson? – Steckbrief

Joseph Thomson wurde am 18. Dezember 1856 geboren. Er war ein bekannter britischer Physiker. Im Jahr 1897 entdeckte er fast zur gleichen Zeit wie der deutsche Physiker Emil Wiechert das Elektron. Thomson arbeitete auch als Physikprofessor. Dabei unterrichtete er unter anderem Ernest Rutherford, der später das Rutherford-Atommodell entwickelte.

Name Joseph John Thomson
Geboren 18. Dezember 1856 in England
Verstorben 30. August 1940 in England
Auszeichnungen u. a. Nobelpreis für Physik, Copley-Medaille, Royal Medal, Hughes-Medaille
Beruf Physiker und Professor (Physik)
Wichtigste Entdeckungen
  • Entdeckung des Elektrons
  • Thomsonsches Atommodell
  • Dieses Video

    In diesem Video lernst du die Stärken und Schwächen des Thomson-Atommodells kennen. Bei diesem Atommodell wird das Atom so beschrieben: Negative Elektronen verteilen sich gleichmäßig um eine positiv geladene Masse. Das Thomson-Atommodell wird deshalb auch Rosinenkuchenmodell genannt.

    Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

    Transkript Thomsons Atommodell

    Guten Tag, herzlich willkommen! In diesem Film geht es um das Thomsonsche Atommodell. Das Video gehört zur Reihe Atombau. An Vorkenntnissen solltet ihr wissen, was die "Daltonsche Atomhypothese" ist. Im Video möchte ich euch das Thomsonsche Atommodell vorstellen. Ich werde Schlussfolgerungen daraus angeben und den Widerspruch zum Experiment aufzeigen. Das Video besteht aus fünf Abschnitten: 1. Das Daltonsche Atommodell 2. Die Versuche Thomsons 3. Das Thomsonsche Atommodell 4. Was Thomson schlussfolgern konnte 5. Widerspruch zum Experiment 6. Zusammenfassung   1. Das Daltonsche Atommodell: Es wird häufig auch besser als Daltonsche Atomhypothese bezeichnet. Dalton ging davon aus, dass die chemischen Elemente aus kleinsten Bausteinen bestehen. Diese bezeichnet er als Teilchen. Oder auch als Atome. Wenn solche Teilchen, diese Atome, gleiche Massen haben, so gehören sie zu einem chemischen Element. Haben die Atome verschiedene Massen, so gehören sie zu verschiedenen Elementen. Bei chemischen Reaktionen sind möglich: eine Trennung von Teilchen und eine Vereinigung von Teilchen. Zerstörung oder Entstehung solcher Teilchen gibt es nicht. Genauso ist eine gegenseitige Umwandlung der Atome nicht erlaubt. Jede bestimmte Atomsorte wird genau einem bestimmten Element zugeordnet. Auf dieser Seite sehen wir die Atome von vier chemischen Elementen. 2. Die Versuche Thomsons: 1897 führte der britische Naturwissenschaftler Joseph John Thomson Versuche durch. Er experimentierte mit Kathodenstrahlen. Er entdeckte dabei das uns heute wohlbekannte Elektron. Damit war der erste atomare Baustein gefunden. Nun kommen wir zum eigentlichen Thema, nämlich: 3. Das Thomsonsche Atommodell: Thomson betrachtete sein Atom schon mit einer Struktur, im Unterschied zu Dalton. Aus seinen Versuchen schlussfolgerte er, dass ein Atom aus Elektronen besteht. Elektronen sind Bausteine des Atoms. Außerdem müssen im Atom auch noch positive Ladungsträger enthalten sein. Was das für Teilchen sind, wusste man um 1900 noch nicht, deswegen schreibe ich nur: positiv geladene Teilchen. Genauso viel, wie Elektronen vorhanden sind, denn das Atom ist elektrisch neutral. Wie Kraut und Rüben dürfen Elektronen und die positiv geladenen Teilchen aber nicht angeordnet sein. Sie müssen sich so anordnen, dass die Energie minimal wird. Die grafische Darstellung des Modells hat Ähnlichkeit mit zwei Speisen. Man nennt es auch das "Rosinenkuchen-Modell". Oder aber das "Plumpudding-Modell". Thomson entwickelte sein Atommodell einige Jahre nach der Entdeckung des Elektrons, und zwar 1903. 4. Was Thomson schlussfolgern konnte: Die von ihm entdeckten Elektronen vermutete er richtig in den Atomen. Ganz wichtig war die Erkenntnis, dass Atome aus noch kleineren Teilchen bestehen. Thomson ging auch davon aus, dass Elektronen in den Atomen schwingen. Die Farbe blau habe ich gewählt, um zu zeigen, dass er damit Probleme bekam. 5. Widerspruch zum Experiment: Gerade das kleinste aller Atome, das Wasserstoffatom, sollte ihm Probleme bereiten. Ein solches Atom besteht nämlich nur aus einem Elektron und einem positiven Ladungsträger. Wenn nur ein Elektron vorhanden ist, kann nur eine Schwingungsfrequenz beobachtet werden. Schauen wir uns das Linienspektrum des Wasserstoffs einmal an. Man sieht sofort, dass hier viele Frequenzen auftauchen, denn jede Linie entspricht einer Frequenz. Damit ist das Experiment im Widerspruch zum Thomsonschen Atommodell. 6. Zusammenfassung: Die Entwicklung eines neuen Modells wurde möglich durch die Entdeckung des Elektrons durch Thomson im Jahre 1897. 1903 war es so weit, Thomson entwickelte das nach ihm benannte Atommodell. Er erkannte, dass Atome aus Teilchen bestehen, nämlich aus Elektronen und positiv geladenen Teilchen. Damit ist das Thomsonsche Modell der Daltonschen Atomhypothese überlegen. Sein Rosinenkuchen-Modell, oder auch Plumpudding-Modell genannt, kann jedoch das Wasserstoffspektrum nicht erklären. Und schon sind wir wieder am Ende. Ich hoffe, es hat euch etwas Spaß bereitet. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg, auf Wiedersehen!

    2 Kommentare

    2 Kommentare
    1. Richtig gut erklärt!
      Super!
      Jetzt verstehe ich auch alles was ich in der Schule nicht verstanden habe.

      Von Benjamin J., vor mehr als 4 Jahren
    2. das finde ich supi

      Von Stemann Martina, vor mehr als 6 Jahren

    Thomsons Atommodell Übung

    Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Thomsons Atommodell kannst du es wiederholen und üben.
    • Gib die Daltonschen Postulate wieder.

      Tipps

      Eine der fundamentalsten physikalischen Gesetzmäßigkeiten ist der Satz der Masserhaltung.

      Lösung

      Die Atomhypothese nach Dalton ist ein relativ simpel. Trotzdem lassen sich mit ihr viele Sachverhalte erklären. Er hatte nämlich schon richtig erkannt, dass Elemente aus kleinsten Bausteinen bestehen, den Atomen.

      Weiterhin erkannte er, dass bei einer chemischen Reaktion eine Trennung und neue Vereinigung von Atomen erfolgt. Atome lassen sich jedoch nicht zerstören - jedenfalls nicht mit chemischen Reaktionen. Allerdings konnten Lise Meitner, Enrico Fermi und Otto Hahn Ende der dreißiger Jahre des vergangenen Jahrhunderts zeigen, dass Atomkerne freiwillig oder nach Beschuss durch Neutronen zerfallen.

      Ein weiteres Postulat Daltons war, dass Atome der gleichen Masse dasselbe Element bilden. Dies ist jedoch aus heutiger Sicht falsch. Wie wir heute wissen, definiert nicht die Masse, um welches Atom/ Element es sich handelt, sondern die Anzahl der Protonen, die sich im Kern befinden.

    • Beschreibe die Thomsonsche Atomhypothese.

      Tipps

      Ein Atom hat immer die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen.

      ,,Sub" ist das lateinische Wort für ,,unter".

      Lösung

      Die Entdeckung des Elektrons im Jahre 1897 durch Emil Wiechert und Joseph John Thomson ermöglichte erst eine weiterführende Atomhypothese - der von Dalton. Thomson postulierte positive und negative subatomare Teilchen, welche sich gleichmäßig und energetisch günstig verteilen. Aus dieser gleichmäßigen Verteilung resultiert auch der Name Rosinenkuchenmodell. Die Anzahl der Elektronen und Protonen muss dabei gleich sein, damit ein Atom nach außen neutral geladen ist.

    • Bestimme, welche grafische Darstellung die verschiedenen Atommodelle repräsentiert.

      Tipps

      Erst durch das Bohrsche Atommodell konnten die Linienspektren von Alkalimetallen erklärt werden.

      Sommerfeld postulierte eine Erweiterung zum Bohrschen Atommodell (elliptische Bahnen).

      Lösung

      Im 19. und 20. Jahrhundert war das Atom eines der meistuntersuchten Phänomene. Viele Physiker und Chemiker wollten nämlich herausfinden, „was die Welt im Innersten zusammenhält“ (Faust I). Im Laufe der Jahre wurden die Atomvorstellungen immer weiter „verbessert“, da neue Technologien und Erfindungen gezieltere Untersuchungen ermöglichten.

      Wo Dalton noch von kugelförmigen Atomen sprach, kam durch Thomson - mit der Entdeckung des Elementarteilchens des Elektrons (1897) - die Erweiterung zum Rosinenkuchenmodell.

      Einige Jahre später konnte Rutherford mithilfe seines Streuversuches (1907) zeigen, dass die Masse der positiv geladenen Teilchen auf ein Zentrum konzentriert ist und sich die Elektronen um diesen Kern bewegen.

      Anfang des 20. Jahrhunderts gab es allerdings neue physikalische Probleme, die durch das Rutherfordsche Atommodell nicht mehr erklärt werden konnten (z.B. Emissionsspektrum von Alkalimetallen in der Flamme). Deswegen postulierte Bohr ein Atommodell, in dem sich die Elektronen strahlungsfrei auf definierten, äquidistanten Bahnen bewegen.

      Die heutige Vorstellung von Atomen ist leider nur noch schwer grafisch darstellbar. Allerdings können viele Werte, wie der Atomdurchmesser oder die Elektronenmasse, sehr präzise beschrieben werden (s. Grafik).

    • Beschreibe den Rutherfordschen Streuversuch.

      Tipps

      Gleiche Ladungen stoßen sich ab.

      Die Anzahl der die Goldfolie durchdringenden Teilchen war um vieles höher als die der zurückgeworfenen.

      Lösung

      Das Bild zeigt, wie sich die positiven Teilchen ($\alpha$-Teilchen), dargestellt durch die Pfeile, verhalten, wenn sie auf ein Atom treffen. Viele Alpha-Teilchen passieren ungehindert das Atom. Trifft ein Alpha-Teilchen jedoch auf einen Atomkern, wird es aufgrund gleichartiger Ladung abgestoßen und wieder zurückgeworfen. Trifft das Alpha-Teilchen nicht direkt auf den Atomkern, sondern streift diesen nur, wird es ebenfalls aufgrund gleichartiger Ladung abgelenkt.

      Eine weitere Erkenntnis, die man hieraus ziehen kann, ist, dass der Kern im Vergleich zur Gesamtatomgröße winzig klein ist. Da nur der Kern elektropositiv zu sein scheint, aber jedes Element nach außen hin neutral geladen ist, muss der Rest des Atoms aus negativ geladenen subatomaren Teilchen - den Elektronen - aufgebaut sein. Niels Bohr verfeinerte dieses Modell, indem er postulierte, dass sich die Elektronen auf definierten Bahnen bewegen, wobei die maximale Belegung einer Bahn auf $Z=2~\cdot~n^2$ mit n = Nummer der Schale beschränkt ist.

    • Zeige den zeitlichen Verlauf der Erkenntnisse über Atome auf.

      Tipps

      Erkenntnisgewinne, die über Jahrzehnte der Forschung erfolgen, ermöglichen eine immer genauer werdende Modellvorstellung.

      Heutzutage erklärt man die Bindungsverhältnisse von Molekülen über Orbitale.

      Lösung

      Über Jahrzehnte hinweg wurde die Vorstellung des Aufbaus der Materie immer weiter verfeinert. Beginnend bei der Vorstellung von kleinen, massiven, unteilbaren Kügelchen, über die Erkenntnis, dass ein Atom aus positiven und negativen Teilchen besteht und wie diese angeordnet sind. Bis man letztendlich bei dem Modell von Niels Bohr und Arnold Sommerfeld landete, bei dem ein positiv geladener Atomkern von sich auf Bahnen bewegenden Elektronen umkreist wird.

      Aber auch jenes Modell ist mittlerweile obsolet, denn die Quantenmechanik lehrt uns, dass Elektronen sich nicht wie Masseteilchen verhalten. Eine genauere Beschreibung von Elektronen würde an dieser Stelle jetzt nun aber zu weit gehen. An dieser Stelle soll nur gesagt sein, dass einem Elektron hierbei nur noch eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit um den Kern herum zugedacht wird.

    • Erkenne die Atommodelle, die eine korrekte Elektronenverteilung aufweisen.

      Tipps

      Schale Nummer 1 kann nach der Formel nur 2 Elektronen aufnehmen.

      Die zweite Schale kann bis zu 8 Elektronen aufnehmen.

      Bevor eine Schale nicht voll besetzt ist, wird noch keine neue Schale besetzt.

      Lösung

      Sauerstoff befindet sich im Periodensystem in der 6. Hauptgruppe und der 2. Periode und besitzt die Ordnungszahl 8. Daraus lassen sich drei wichtige Fakten zum Schalenmodell ableiten:

      • Da Sauerstoff in der 6. HG steht, besitzt es 6 Außenelektronen (p-Elektronen).
      • Weil Sauerstoff in der 2. Periode steht, ist es aus 2 Schalen aufgebaut.
      • Da Sauerstoff die Ordnungszahl 8 besitzt, müssen sich 8 Protonen im Kern befinden und 8 Elektronen müssen auf die Bahnen aufgeteilt werden.
      Die Gleichung $Z~=~2~\cdot~n^2$ gibt wieder, wie die einzelnen Schalen mit Elektronen besetzt werden. $Z$ ist hierbei die maximale Anzahl an Elektronen auf einer Schale und $n$ die Nummer der Schale. Wichtig ist hierbei jedoch, dass diese Anzahl sich auf die komplette Schale (Niveau) bezieht. Diese Energieniveaus besitzen jedoch noch weitere Unterniveaus.

      Die Gleichung gibt die maximale Anzahl von Elektronen auf einer Schale an. Wenn es sich um die äußere Schale handelt, kann diese Anzahl allerdings auch unterschritten werden. Nur die Edelgase weisen im atomaren Zustand eine vollständig besetzte Außenschale auf.

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