Rosinenkuchenmodell

Das DALTONsche Atommodell kann eine ganze Reihe von Phänomenen gut erklären, aber viele andere Erscheinungen lassen sich mit dem doch recht einfachen Modell nicht mehr deuten.

Betrachten wir dazu einmal die Elektrolyse von Kochsalz, bei der am Minuspol Natrium bzw. Natronlauge und Wasserstoff und am Pluspol Chlor entstehen. Daltons Modell sagt nichts aus über elektrische Ladungen; die Atome (und Moleküle) von Dalton sind elektrisch neutral bzw. nicht geladen. Mit Hilfe des Dalton-Modells könnte man also nicht erklären, wieso Natrium-Teilchen zum Minuspol, Chlor-Teilchen dagegen zum Pluspol wandern.

Hier sehen wir ein Bor-Atom (Element Nr. 5), wie es sich der britische Physiker Sir Joseph John THOMSON (1856 - 1940) ungefähr vorgestellt hatte. Nachdem THOMSON im Jahre 1874 das Elektron entdeckt hatte, entwickelte er 1903 das Rosinenkuchenmodell, von dem es mehrere Varianten gab. In der Abbildung oben sehen Sie drei dieser Varianten:

Links die Variante, die ich auch auf meinen Webseiten verwenden werde. In einer amorphen (undefinierbaren, neutralen) Masse sind fünf große, positiv geladene Protonen (rot) und fünf kleine, negativ geladene Elektronen (blau) eingebettet. Die positiven und negativen Ladungen heben sich gegenseitig auf, daher erscheint das Atom nach außen hin neutral.

In der Mitte eine andere Variante. Hier sind die fünf negativen Elektronen in eine amorphe positive Masse eingebettet. Diese Variante ist nicht sehr schülerfreundlich, denn wie soll man hier erklären, wieso das Atom nach außen hin neutral ist. Die amorphe positive Masse enthält "zufällig" genau so viele positive Ladungen, wie Elektronen vorhanden sind? Und man kann die positiven Ladungen nicht sehen und zählen?

Ganz rechts die dritte Variante, im Grunde die gleiche Variante wie Nummer zwei, nur mit umgekehrten Vorzeichen. In eine amorphe negative Masse sind fünf Protonen eingebettet. Das Atom ist nach außen hin neutral, weil die amorphe Masse zufällig genau so stark negativ geladen ist, wie die fünf Protonen zusammen positiv geladen sind.

Das Ganze lässt mir keine Ruhe: Welche Variante ist denn nun die historisch korrekte? Eine kleine Internet-Recherche soll hier Klarheit verschaffen. Wenn ich bei der Google-Bildersuche das Stichwort "Rosinenkuchenmodell" eingebe, erhalte ich eine ganze Reihe schöner Bilder, von denen überraschend viele von mir selbst gezeichnet worden sind, zum Beispiel das dritte Bild von links in der oberen Reihe und die beiden Bilder ganz rechts in der oberen Reihe:

Das Ergebnis ist recht ernüchternd: Offensichtlich überwiegt die zweite Variante mit der positiven amorphen Masse. Ich zitiere hier mal aus der englischen Wikipedia (den Eintrag in der deutschen Wikipedia kann man vergessen): "In this model, the atom is composed of electrons… surrounded by a soup of positive charge to balance the electrons' negative charges, like negatively charged 'plums' surrounded by positively charged 'pudding'."

Ich werde daraus die Konsequenz ziehen und von nun auch diese historisch korrekte Variante verwenden. Schade, denn mit der ersten Variante kommen Schüler eigentlich besser zurecht, und Schülerinnen auch.

Die Zeichnung oben stellt ein Magnesium-Atom (Ordnungszahl = 12) nach dem Rosinenkuchenmodell von THOMSON dar. In eine amorphe Masse mit der Ladung +12 sind zwölf Elektronen eingebettet, nach außen hin ist das Mg-Atom also elektrisch neutral.

Nun verlassen zwei Elektronen dieses Atom, übrig bleibt weiterhin die amorphe Masse mit der Ladung +12, aber es fehlen zwei Elektronen, die negative Ladung beträgt nur noch -10. Insgesamt überwiegen jetzt also die positiven Ladungen um zwei. Daher hat das Atom plötzlich nach außen hin eine Ladung von +2. Solche Atome werden als Ionen bezeichnet, genauer gesagt als Kationen (elektrisch positiv geladenes Ion).

Auch die Existenz negativer Ionen, der sogenannten Anionen, kann man mithilfe des Thomson-Modells gut erklären.

Hier sehen wir Chlor-Atom mit 17 Elektronen. Durch Aufnahme eines weiteren Elektrons entsteht ein einfach negativ geladenes Chlorid-Ion mit 18 Elektronen.

Wie Sie sehen, ist das Rosinenkuchenmodell eine Erweiterung des Kugelteilchenmodells von Dalton. Das Dalton-Modell wurde nicht "umgeworfen" oder ersetzt, sondern ergänzt. Für einfache Phänomene wie beispielsweise das Gesetz von der Erhaltung der Masse kann man weiterhin das Dalton-Modell verwenden. Komplexere Phänomene wie zum Beispiel die Elektrolyse einer Magnesiumchlorid-Lösung, wo Kationen und Anionen beteiligt sind, kann man allerdings nicht mehr mit dem Dalton-Modell erklären.