Atombau 2

Wir elektrolysieren eine Zinkbromid-Lösung und erklären den Versuch mit dem Rosinenkuchenmodell

Noch ein einfacher Versuch		Wieder fangen wir mit einem ganz einfachen Versuch an: Wir stellen eine 10%ige Lösung von Zinkbromid in Wasser her. In diese Lösung stellen wir zwei Kohlestäbe und verbinden diese mit einer Gleichspannungsquelle. Nachdem wir sichergestellt haben, dass sich die beiden Kohleelektroden nicht berühren, legen wir für 10 Minuten eine Gleichspannung von 10 V an und beobachten...
Beobachtungen		An dem Minuspol bildet sich eine feste graue Substanz. Wenn wir den Versuch richtig durchführen, entsteht ein regelrechter "Baum". Außerdem kann man Bläschenbildung beobachten; ein farbloses Gas steigt nach oben. Am Pluspol entstehen gelbe Schlieren, die sich in der Flüssigkeit auflösen. Außerdem riecht es während des Versuchs merkwürdig nach Schwimmbad.
Vorgänge am Minuspol		Fangen wir mit den Vorgängen am Minuspol an. Welche Teilchen befinden sich in unserer Zinkbromid-Lösung? Wassermoleküle Zink-Teilchen Bromid-Teilchen Am Minuspol haben wir die Bildung einer festen grauen Substanz beobachtet. Aufgrund der Konsistenz und der Farbe kann es sich nur um Zink handeln. Wenn die Zink-Teilchen vom Minuspol angezogen werden, so müssen wohl positiv geladen sein. Da elementares Zink aber elektrisch neutral ist (sonst würden wir jedesmal einen gewischt kriegen, wenn wir ein Zinkrohr anfassen), muss am Minuspol folgendes passiert sein: Abbildung 1: Vorgänge am Minuspol Die Zinkteilchen, denen ein Elektron fehlt, und die daher positiv geladen sind, werden vom Minuspol angezogen und nehmen dort ein Elektron auf (davon gibt es ja genug am Minuspol). Aus den positven Zink-Ionen werden elektrisch neutrale Zink-Atome: Abbildung 2: Vorgänge am Minuspol Wie man an der obigen Reaktionsgleichung sehen kann, ist ein Zinkion sogar zweifach positiv geladen, so dass es auch zwei Elektronen aufnehmen kann.
Vorgänge am Pluspol		Am Pluspol haben wir die Bildung gelber Schlieren beobachtet. Vermutlich entsteht hier Brom. Die im Wasser gelösten Bromid-Teilchen müssen negativ sein, sonst würden sie nicht vom Pluspol angezogen. Nach unserem Rosinenkuchenmodell haben die Bromid-Teilchen ein Elektron mehr als sie eigentlich haben sollten, sie sind daher negativ geladen. Am Pluspol angekommen, geben sie das überschüssige Elektron an die Kohleelektrode ab. Aus den Bromid-Ionen entstehen "normale" Bromatome. Jeweils zwei dieser Bromatome lagern sich dann zu einem Brommolekül zusammen. Abbildung 3: Vorgänge am Pluspol Damit hätten wir also einen zweiten Versuch durchgeführt und ihn mit Hilfe des Rosinenkuchenmodells erklärt. Hätten wir zur Deutung der beiden Versuche auch ein anderes Atommodell nehmen können? Aber natürlich. Mit dem quantenmechanischem Atommodell hätte man die Versuche natürlich auch erklären können. Allerdings hätte dann keiner etwas verstanden. Und mit dem aus der 7. Klasse bekannten Kugelteilchen-Modell, auch als DALTONsches Modell bekannt, hätte man damit auch die Versche erklären können? Nein, dafür ist dieses Modell zu einfach; die Bildung negativ oder positiv geladener Atome kann das DALTON-Modell nicht erklären. Also merken wir uns folgende wichtige Grundregel: Zur Deutung eines Versuchs oder Phänomens wählen wir das einfachste Atommodell, welches den Versuch oder das Phänomen widerspruchsfrei erklärt. Das einfachste Modell zur Erklärung der Zinkbromid-Elektrolyse ist das Rosinenkuchenmodell von Thomson aus dem Jahre 1903. Das einfachste Modell zur Erklärung der Aggregatzustände oder von Lösungsprozessen ist dagegen das DALTON-Modell. Auch den Wasser-Alkohol-Versuch (50 ml Wasser + 50 ml Ethanol = 98 ml Gemisch) kann man bereits mit dem DALTON-Modell erklären. So langsam sollte deutlich werden, was ein Atommodell überhaupt ist: nämlich eine widerspruchsfreie Sammlung von Aussagen über Atome .
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