Das Zweiersystem der“elektrischen“ Atome

Das Zweiersystem der „elektrischen“ Atome

Nach heutiger Lehrmeinung besteht ein Atom (außer Wasserstoff) aus den 3 Grundbausteinen, Proton, Neutron und Elektron. Dabei stellt sich die Frage, ob die Reihenfolge der Entdeckung bzw. Postulierung der Grundbausteine, zur heutigen Atomvorstellung eines Dreiersystems führte. Ursprünglich ging man von einem Zweiersystem aus. Dabei spielte das Wissen über die Dualität der Elektrizität eine Rolle. Die Erfahrungen mit natürlicher Elektrizität und aus Experimenten mit Elektrizität führten Wissenschaftler bereits im 18 Jh. zur Erkenntnis, dass es eine positive und negative elektrische Ladung, bzw. eine Dualität der Elektrizität gibt. Charles Augustin de Coulomb(1736-1806) entdeckte und formulierte um 1785 das Gesetz der elektrischen Ladungen, wonach sich gleiche Ladungen abstoßen und ungleiche Ladungen anziehen(vgl. Coulomb-Gesetz), (vgl. Coulombsches Gesetz).

Plus und Minus der Elektrizität

Die weitere technische Entwicklung führte am Ende des 19 Jh. zum Beginn der Elektrifizierung der gesamten Welt. Mit der Bedeutung der Elektrizität wuchs bei den Wissenschaftlern der Wunsch, die atomaren Grundlagen der Elektrizität herauszufinden und erklären zu können. Dies geschah bspw., indem Wissenschaftler zahlreiche Versuche mit Gasentladungen in elektrisch betriebenen Kathodenröhren machten. Dabei entdeckte J.J. Thomson(1856-1940) das sog. Elektron, das er als elektrisch negativ geladenes Teilchen des Atoms postulierte. Wenige Jahre später stellte Thomson, um 1903, das erste Atommodell des 20. Jh. der Öffentlichkeit vor. Das sog. „Rosinenkuchenmodell“ Thomsens war ein Zweiersystem, bestehend aus einer positiven Grundmasse mit homogen darin verteilten Elektronen. Thomsons Grundüberlegung ging also davon aus, dass ein Atom analog zu „Plus“ und „Minus“ der Elektrizität aufgebaut ist. Das ist insofern logisch, weil mit einem Zweiersystem, positive, negative und die neutrale Ladung eines Atoms erklärbar6z6 sind.

Anfang des 20 Jh. scheint diese Auffassung von elektrisch positiven und negativen Teilchen im Atom von Wissenschaftlern akzeptiert zu sein, obwohl das einzig „bekannte“ Teilchen, das sog. Elektron war. Es ist deshalb kein Wunder, dass auch Ernest Rutherford(1871-1937), der 1911 aufgrund von Streuversuchen das erste Kern-Hülle-Atommodell postulierte, ebenso von zwei Arten elektrischer Teilchen bzw. Bestandteilen des Atoms ausging. Statt die beiden Teilchenarten eines Atoms aber homogen verteilt zu sehen, postulierte er, dass die beiden elektrisch geladenen Teilchen (bzw. Bestandteile) sich in zwei Raumbereichen befinden. Die elektrisch negativ geladenen Elektronen in der Atomhülle gegenüber dem elektrisch positiven Teil des Atomkerns.

Diese Vorstellung Rutherfords erweiterte sein Schüler Niels Bohr(1885-1962)und stellte 1913 der Öffentlichkeit sein „Bohrsches Atommodell“ vor. Bohrs Atommodell ist ein Kern-Hülle-Atommodell wie das Rutherfords, nur, dass Bohr für die Elektronen der Atomhülle Bahnen vorsah auf denen sich die Elektronen bewegten. Später wurden die Bahnen mit der Quantenphysik zu Schalen bzw. Orbitalen. Über die Zusammensetzung des Kerns war man sich nicht ganz klar. Das änderte sich als Rutherford 1919, bei Versuchen, das Proton als Teilchen des Atomkerns entdeckte. Damit wurde das Atom als ein Zweiersystem aus Elektronen und Protonen verstanden. Bohr erklärt in seiner Nobelpreisrede von 1922 wie er sich den Atomaufbau und die Elektronen vorstellt. Er sagt, dass der Atomaufbau einfach zu verstehen sei. Bei einem neutralen Atom sei es so, dass der Ordnungszahl, bzw. „Atomnummer“(Bohr 1924:9) eines Elements, einfach die gleiche Zahl an Elektronen gegenüberstehe (vgl. Bohr 1924: 9f.).

Das Dreiersystem der Atome

Mit Entdeckung des Neutrons 1932 kommt es zu einer Komplizierung der Atomvorstellung, wenngleich die Atommasse des Atoms jetzt erklärbar ist. Protonen und Neutronen bilden die Atommasse eines Atoms. Da man nun aber schon viele Jahre die Vorstellung akzeptierte, dass ein Elektronensystem die Chemie eines Atoms bestimmt und der Atomkern dabei nur sekundär ist, scheint man bei dieser Vorstellung bleiben zu wollen. Ausser einigen halbherzigen Versuchen dem Atomkern ebenfalls eine Struktur geben zu wollen, ändert sich an der Vorstellung vom Aufbauprinzip eines Atoms nichts.

Seither ist das Dreiersystem der Atom-Grundbausteine offiziell akzeptiert. Die Wissenschaft ist überzeugt, dass Elektronen, je nach Anzahl und Konfiguration, die chemischen Eigenschaften der Atome und deren Bindungen bestimmen. Protonen sind positiv, Elektronen negativ geladen. Welche Rolle soll den Neutronen nach ihrer Entdeckung noch zu fallen? Neutronen sind elektrisch neutral und so fällt ihnen die Rolle von Teilchen zu, die dafür sorgen, dass der Atomkern mit seinen Protonen nicht auseinanderfliegt. In der weiteren Entwicklung der Atomtheorie seit den 1970er Jahren fokussiert sich die Wissenschaft auf die Frage der Teilbarkeit bzw. Zusammensetzung der Grundbausteine.

Fazit:

Sehen wir mal ab von der Vorstellung der weiteren Teilbarkeit von Protonen und Neutronen, so ist festzuhalten, dass die Wissenschaft, seit der Entdeckung des Neutrons von einem umständlichen Dreiersystem der Grundbausteine des Atoms ausgeht. Dabei waren die ursprünglichen Vorstellungen von Wissenschaftlern zwar unvollständiger, aber einfacher, indem sie von einem Zweiersystem der Atome ausgingen. Eine Dualität wie man sie von der Elektrizität kennt. Heute muss man davon ausgehen, dass sich die Wissenschaft zu sehr an die Vorstellung gewöhnte, dass Elektronen in der Atomhülle die Chemie bestimmen. Auf das sog. Elektron als Teilchen des Atoms wollte und konnte man scheinbar nicht mehr verzichten.

Sollte die Natur wirklich ein so umständliches Teilchensystem mit drei Teilchenarten hervorbringen, wenn doch mit zwei Teilchenarten genauso eine positive, negative und neutrale Ladung erreichbar ist? Wohl kaum! Schließlich ist heute bekannt, dass die postulierten Elektronen weder über eine Ausdehnung noch über eine relevante Masse verfügen. Wie sollten sie einen echten Gegenpart zu den Protonen bilden? Die Quantenphysik selbst mit ihren Beschreibungen die Elektronen als Teilchen des Atoms in Frage. Ein wolkiges Atomhüllen-System, mit ausdehnungslosen Elektronen und nur wahrscheinlich vorhanden? Schon das macht die Elektronen als Atombausteine mehr als unwahrscheinlich.

Die Wissenschaft scheint Protonen und Neutronen ein, die chemischen Eigenschaften der Atome bestimmendes Teilchensystem, nicht zu zutrauen. Doch genauso ist es! Protonen und Neutronen sind die wirklichen und einzigen Teilchen des Atoms. Schon aufgrund ihrer Ausdehnung und Atommasse muss klar sein, dass die Protonen-Neutronen-Konfiguration der Nukleonen sowohl die chemischen als auch physikalischen Eigenschaften eines Atoms bestimmen. Durch ihre entgegen gesetzten Rotation (Spin up und Spin down) bauen sie sich schachbrettartig-planar zu Atomen auf. Ein geschlossenes Atomrechteck wie bspw. Helium, Neon oder Argon ist nicht reaktiv, weil alle Rotationsenergien sich nach außen aufheben. Bei Atomrechtecken die nicht vollständig geschlossen sind, wirken dagegen die Rotationsenergien der äußeren Nukleonen, als elektrische Kräfte. Atome sind Zweier- bzw. Binärsysteme(vgl. Albert 2019, 2021)

Quellenverzeichnis:

Albert Helmut, 2019. Das Binärsystem der Atome. Veröffentlichung (Softcover). Verlag Helmut Albert, Epubli –Druck, Berlin. ISBN: 978-3-750239-18-0

Albert, Helmut (Hg.) 2021. Stell dir schachbrettartige Atome vor. E-Book. Verlag Helmut Albert, Freiburg. Epubli –Druck, Berlin. ISBN: 978-3-753146-86-7

Bohr Niels,1924. Über den Bau der Atome, Berlin, Verlag von Julius Springer 1924. Vortrag bei der Entgegennahme des Nobelpreises in Stockholm 1922. Übersetzung: W. Pauli jr.

Coulomb-Gesetz. Grundwissen. https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/ladungen-elektrisches-feld/grundwissen/coulomb-gesetz. Joachim-Herz-Stiftung. Hamburg. (Abgerufen: 29.08.2022)

Coulombsches Gesetz. In: Wikipedia– Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 18. Mai 2022, 21:35 UTC. URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Coulombsches_Gesetz&oldid=222987905 (Abgerufen: 29. 08.2022, 10:26 UTC).