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Elementbegriff - Daltonsches Atommodell

Elementbegriff

Ein Element ist ein chemischer Reinstoff, der nur aus einer Atomsorte besteht. Dabei ist die kleinstmögliche Menge eines Elements ein Atom des jeweiligen Elements. Jedes der 118 bekannten Elemente wird mit einem anderen Elementsymbol bezeichnet. So zum Beispiel Kohlenstoff mit C, vom Englischen „carbon“, oder Stickstoff mit N vom Englischen „nitrogen“. Du kannst alle Elementsymbole im Periodensystem der Elemente nachschlagen. Aus Elementen lassen sich chemische Verbindungen zusammensetzen, ähnlich wie mit verschiedenen Legosteinen. Dabei besteht eine chemische Verbindung aus einer fixen Anzahl an Elementen in einer definierten Anordnung.

Beispiel: 

Du siehst oben das Element Sauerstoff, welches in der Natur normalerweise als O₂ vorkommt. Das heisst, 2 Atome des Elements Sauerstoff verbinden sich zu O₂, also zu einem Elementmolekül. Ein Molekül ist eine Verbindung aus zwei oder mehr Atomen, die durch eine chemische Bindung zusammengehalten werden.

Ein anderes Element, das Du sicher kennst, ist Kohlenstoff, der beispielsweise als Kohle oder als Diamant vorkommt. Dabei handelt es sich um zwei sogenannte Modifikationen von Kohlenstoff. Beide Bestehen nur aus Kohlenstoff, haben aber durch die unterschiedliche Anordnung der Atome auch unterschiedliche Eigenschaften.

Verbrennst Du nun aber das Element Kohlenstoff in der Anwesenheit des Elements Sauerstoff, so entsteht eine chemische Verbindung namens Kohlendioxid, kurz CO₂. Kohlendioxid besteht aus einem Kohlenstoffatom und aus zwei Sauerstoffatomen, weshalb es kein Element mehr ist sondern eine chemische Verbindung.

Daltonsches Atommodell

Der englische Chemiker John Dalton postulierte Folgendes: „Elemente bestehen aus für das jeweilige Element charakteristischen, in sich gleichen und unteilbaren Teilchen, den Atomen.“ Das heisst, dass alle Atome eines Elementes das gleiche, kugelförmige Volumen und die gleiche Masse haben. Allerdings gibt es Elemente wie Wasserstoff, die Isotope besitzen, also Atome desselben Elements, die sich in ihrer Masse unterscheiden. Wasserstoff wiegt normalerweise 1 g/mol. Das Wasserstoffisotop Deuterium wiegt jedoch 2 g/mol. was daran liegt, dass Deuterium ein Neutron mehr besitzt. Trotzdem ist Deuterium ein Wassserstoffatom, denn ein normales Wasserstoffatom, sowie auch Deuterium besitzen beide nur ein Proton.  Deshalb stimmt die Aussage von Dalton nicht ganz. Unterschiedliche Elemente unterscheiden sich in Wahrheit nur in ihrer Grösse und in ihrer Protonenzahl im Kern. In ihrer Masse können sie sich unterscheiden. Dabei ist die Protonenzahl die Eigenschaft, die ein Atom charakterisiert, da die Anzahl der Elektronen und der Neutronen innerhalb eines Elements variieren kann.

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Das Element Gold besteht also nur aus Goldatomen und all diese Goldatome sind gleich gross und besitzen dieselbe Anzahl, nämlich 79 Protonen im Kern. Während beispielsweise ein Schwefelatom dadurch charakterisiert ist, dass es immer dasselbe Volumen hat und immer 16 Protonen im Kern sind. Die Anzahl Protonen, welche ein Element ausmacht, kannst Du ganz leicht im Periodensystem finden. Das erste Element, Wasserstoff, besitzt nämlich ein Proton. Das zweite Element, Helium, besitzt zwei Protonen im Kern. Das dritte Element, Lithium, besitzt drei und so weiter...

Verbindet man nun mehrere Elemente zu einer chemischen Verbindung, so werden keine Atome verändert oder vernichtet, sondern sie werden nur in der Art, wie sie verbunden sind, umgruppiert. Deshalb bleibt die Masse bei einer chemischen Reaktion auch immer erhalten, da weder Atome dazukommen, noch verloren gehen.