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Modellrechnung zur Atommassenbestimmung

Der erste Schritt war, wie schon bemerkt, die Erkenntnis, dass Wasserstoff das Element mit dem "kleinsten" = leichtesten Atomen war.

Daltons erste Versuche waren, wie ebenfalls schon erwähnt, eher grobe Schätzungen, aber man bedenke die schwierigen Voraussetzungen:
- Es handelte sich um eine Reaktion zwischen zwei Gasen.
- Normschliffgeräte gab es natürlich noch nicht.
- Es war also kaum möglich, sehr gute Messergebnisse bei Gasreaktionen zu bekommen.

Berzelius' pfiffige Idee war es, die relativen Atommassen nicht auf Wasserstoff zu beziehen, sondern auf Sauerstoff. Der wichtigste Vorteil hierbei ist, dass es sehr viele feste binäre (nur aus Sauerstoff und dem anderen Element bestehende) Verbindungen von Sauerstoff gibt, die zudem oft relativ leicht herzustellen waren.

Berzelius setzte als Bezugsgröße fest: M(O) = 100
(Die Festlegung ma(O)=16 wurde 1865 durch den Belgier Jean Servais Stas gewählt. Hierdurch ändert sich die relative Stellung der Elemente nicht, nur muss man die alten Zahlen durch ca. 6 teilen.)

Nächstes Kapitel
Der Weg zu Rutherford

Wikipedia:

 

Gehen wir mal bei unserer Modellrechnung aus von ma(O)=16

Wir oxidieren nun 50 g Eisen (etwa 6,5 cm3) zu Eisenoxid, wobei wir von der Formel FeO ausgehen.
Wir erhalten 64,3 g Eisenoxid.

Man beachte, dass man für solche Messungen keine HighTec-Apparaturen benötigt. Man konnte auch zu Beginn des 19. Jahrhunderts Massen schon wesentlich genauer bestimmen. Man konnte also auch mit deutlich kleineren Mengen operieren.

Die 64g Eisenoxid bestehen aus 50g Eisen und 14,3g Sauerstoff. Da wir von der Formel FeO ausgehen, enthält das Eisenoxid gleichviele Eisen- und Sauerstoffatome.
Also sind in 50g Eisen ebensoviele Eisenatome wie Sauerstoffatome in den 14,3g Sauerstoff.
Die Masse eines Eisenatoms muss sich demnach zur Masse eines Sauerstoffatoms genauso verhalten wie die Massen der betrachteten Stoffportionen.

Es gilt also: m(Fe) : m(O) = ma(Fe) : ma(O)
und damit auch m(Fe) : m(O) = M(Fe) : M(O)
   
m(Fe) : m(O) = 50g : 14,3g = x : 16
  x = (50 * 16) / 14,3
  x = 55,9

Als Zahlenwert bekommen wir also für die relative Atommasse 55,9; damit wäre dann auch M(Fe)=55,9 [g/mol]

Bei dieser Überlegung haben wir vorausgesetzt, dass wir die Massen der beteiligten Stoffe auf 1/10 Gramm genau messen können, eine auch damals leicht zu erfüllende Voraussetzung. Weiterhin wird vorausgesetzt, dass die Reaktion vollständig und ohne Nebenreaktionen abläuft; dies ist je nach Reaktion schon weniger problemlos.
Gezeigt werden sollte aber vor allem, dass es für Dalton und vor allem Berzelius möglich war, relative Atommassen auf ein oder zwei Stellen hinter dem Komma zu bestimmen.
Keine Vorstellung hatte man allerdings von der Zahl der Atome in einer bestimmten Stoffportion, etwa in einem mol Eisen.
Machen Sie sich klar, dass der Ansatz zur Bestimmung der relativen Atommassen unabhängig ist von der Kenntnis dieser Zahl.

Grundlegende Gleichung:

Größenwert
    =Zahlenwert * Einheit

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 last update: 27.11.2007 Quelle: chemie.aabdahl.de/index.php  8532