Woher weiß, man wie ein Atom aussieht?
Vielleicht ist das eine total blöde Frage, aber ich stelle sie mal trotzdem.
Wie können Menschen beschreiben (vor allem früher), wie ein Atom aufgebaut ist (Atomkern, positiv geladenen Elektron, Neutron usw.), wenn es doch gar kein Mikroskop gibt, das so dicht heranzoomen kann, dass man ein Atom sehen kann? Haben die das einfach so erraten, oder wie kommt man darauf, wie ein Atom funktioniert und womit es alles ausgestattet ist?
Ich schaue mir manchmal Videos von Harald Lesch an, und er erklärt manches auch visuell und ich frage mich dann... "woher wissen die Leute, dass ein Atom auch wirklich so ausschaut, man hat es doch noch nie in Wirklichkeit gesehen?"
Ich hoffe Ihr versteht meine (dumme) Frage.
9 Antworten
Tatsächlich gibt es schon Mikroskope mit denen man einzelne Atome sichtbar machen kann (Rastertunnelelektronenmikroskop). Aber deren Inneren Struktur kann man damit nicht auflösen.
Die Frage wie ein Atom "aussieht" ist eigentlich schon nicht zu beantworten da der Prozess des "Sehens" nur bei Größenordnungen funktioniert die wesentlich höher sind als die Größe eines Atoms. Sehen kann man alles, was noch mit einem optischen Mikroskop auflösbar ist. Alles was kleiner ist entzieht sich der Sinneserfahrung des direkten "Sehens".
Wir können uns aber ein Bild vom Aufbau eines Atoms machen, um es für uns sinnlich verstehbar zu machen. Diese Bilder sind aber immer nur Modelle die nur begrenzt mit der Wirklichkeit übereinstimmen. Z.b. das Bohrsche Planetenmodell, das ein sehr vereinfachtes Modell ist und genauerer Untersuchung nich standhält. Realistischer ist schon das Orbitalmodell wo die Elektronen um den Atomkern verschiedene Orbital einnehmen die teilweise Kugel- oder Hantelförmig sind. Das lässt sich noch einigermaßen visualisieren aber man sollte nicht den Fehler machen zu glauben dass ein Atom wirklich so aussieht.
Nein, sie ist nicht blöde. Umgangssprachlich sagen wir, dass wir ein Atom sehen können. Das können wir tatsächlich nicht im Sinne von "unter Lichteinfall sehen". Wir können sie mit technischen Prozessen sichtbar machen, das wäre der passendere Begriff.
Lesetipp dazu: https://www.ds.mpg.de/117271/02
Das im obigen Artikel erwähnte Rasterkraftmikroskop lässt sich mit einfachen Mitteln nachbauen, ob man von ihm Wunder erwarten kann, kann ich dir leider nicht sagen. Es geht mit Lego: https://www.heise.de/make/meldung/Nanomikroskopie-mit-Lego-Mindstorms-1966632.html
Hallo Lars1216,
die Geschichte, herauszufinden, wie Atome aufgebaut sind, war ein spannendes Kapitel Wissenschaftsgeschichte.
Ein ganz wichtiges Experiment dabei war das Streuexperiment von Rutherford:
https://www.youtube.com/watch?v=81kI-gmTSrA
Man wusste damals schon, dass die Atome unterschiedlicher Elemente irgendwie unterschiedlich sein müssen. Sie haben schließlich unterschiedliche Masse. Und die Radioaktivität hat außerdem gezeigt, dass Atome geladene Teilchen oder Strahlung raushauen können. Dass sie sich in andere Atomsorten umwandeln können.
Der Verdacht nach einem inneren Aufbau war um 1900 also da. Und dann kam Rutherford. Er beschoss eine hauchdünne Goldfolie mit massiven, positiv geladenen Aplha-Teilchen.
Und zu seiner großen Überraschung gingen die meisten der Alpha-Teilchen einfach durch. Ein paar wenige wurden dagegen extrem abgelenkt.
Rutherfords Schlussfolgerung war, dass die positiven Ladungen und die Masse des Atoms auf einen seeeehr kleinen Teil des Atoms beschränkt sind. Die Idee vom Atomkern war geboren. Weil das Atom nach außen neutral ist, müssen die negativen Ladungen tragenden Elektronen in der praktisch leeren Hülle sitzen.
Es folgte das bekannte Bohrsche Atommodell, in dem die Elektronen auf konkreten Bahnen um den Atomkern flitzen. Es konnte die damals auch schon bekannten Linienspektren erklären; gleichzeitig war es aber sicher falsch, weil es keine stabilen Atome lieferte.
Die Lösung fand sich dann über die Quantenphysik, die Schrödingergleichung und die Berechnung der Wellenfunktionen der Elektronen im Potentialtopf von Atomkernen. - Das Orbitalmodell. Es erklärt neben den Linienspektren zum Beispiel auch die Richtungswinkel chemischer Bindungen.
Aus dieser Geschichte: Woher weiß man, wie Atome aufgebaut sind?
Aus Experimenten und dem Zusammentragen allen Wissens, wie sich Atome verhalten und welche Eigenschaften sie haben - in Kombination mit quantenmechanischen Berechnungen, sowie der Kontrolle der Berechnungen, indem man berechnete Vorhersagen dann wieder experimentell überprüft.
Übrigens:
"woher wissen die Leute das ein Atom auch wirklich so ausschaut, man hat es doch noch nie in Wirklichkeit gesehen?"
Das stimmte zu Zeiten von Schrödinger, Heisenberg, Bohr und Pauli... aber heute haben wir seit Gerd Binnig und seiner Erfindung des Rastertunnelmikroskops eine Methode, Atome (bzw. wenigstens die äußeren Bereiche eines Atoms) wirklich sichtbar zu machen. Ich selber durfte mal ein Kristallgitter im Rastertunnelmikroskop untersuchen - und konnte die einzelnen Teilchen auf ihren Plätzen im Kristallgitter erkennen...
https://www.ds.mpg.de/117271/02
Grüße
Tatsächlich kann man heutzutage bereits die räumliche Struktur hinreichend großer Moleküle erfassen.
Dies alles war aber nur möglich durch die geniale Vorarbeit der Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen die an dem Thema
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Atommodelle
Gearbeitet haben.
Man kann es auch nicht sehen. Schon sichtbares Licht verformt Atome so stark, dass sie im Licht anders aussehen würden als in der Dunkelheit, wenn wir sie überhaupt sehen könnten. Aber sichtbares Licht ist noch viel zu langwellig dafür.
Röntgenlicht kommt der Sache schon näher, schlägt aber Elektronen heraus und verändert damit das Atom.
Rutherford hat mit seinem Streuversuch gezeigt, dass Atome einen sehr kleinen Kern haben, in dem fast die gesamte Masse des Atoms enthalten ist, und entsprechend eine große Hülle mit nur sehr wenig Masse.
Letztlich hat man die Formeln aus der Quantenphysik. Die bilden eine Theorie (also Wissen, das wir für sicher halten, bis es ausdrücklich widerlegt wird, und das zu Voraussagen führt, die mit experimentellen Ergebnissen übereinstimmen), sodass wir uns ("vorläufig endgültig) sicher sind, dass die Berechnungen der Theorie mit der Natur übereinstimmen.
Und diese Berechnungen ergeben bestimmte Formen des Atomkerns und der Elektronenhülle die wir als Basis unserer Veranschaulichungen nehmen.
Oft nehmen wir auch ältere, überholte Theorien oder bewusste Vereinfachungen der Theorie, weil dies zu Ergebnissen führt, die für unsere Phantasie sehr viel "griffiger" sind.