Welt der Naturwissenschaften
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27. Juli 2024

Wie bestimmt man das Gewicht – genauer: die Masse - eines Atoms? Atome sind so klein, dass man sie nicht einmal mit einem Elektronenmikroskop sehen kann. Man kann Atome nur indirekt nachweisen. Die erste Tabelle mit relativen Atommassen stammt vom Engländer John Dalton (1766 – 1844). Er wählte das leichteste Atom, den Wasserstoff, als Maßeinheit und berechnete mit Hilfe chemischer Reaktionen die Massen anderer Atome. Dalton war damit seiner Zeit weit voraus, denn zu Beginn des 19. Jahrhunderts glaubten die meisten Physiker und Chemiker nicht an Atome. Im Laufe des 19. Jahrhunderts wurden die Messmethoden verfeinert. Besonders bei Gasen gelang eine sehr genaue Atomgewichtsbestimmung.

Chemiker auf der ganzen Welt führten bei ihren chemischen Versuchen exakte Gewichtsbestimmungen durch. So gelang es schließlich, zischen einzelnen Atomen und Molekülen zu unterscheiden. Der Italiener Stanislao Cannizzaro (1826 – 1910) erkannte, dass ein Wasserstoffmolekül H₂) aus zwei Wasserstoffatomen (H) besteht. Für das Wasserstoffatom nahm er die Masse 1, für das Molekül die Masse 2 an. Nach und nach wurden die Massen anderer Atome und Moleküle bestimmt. So hat ein Sauerstoffatom die Masse 16. Das heißt, es ist (fast genau) 16 mal so massereich wie ein Wasserstoffatom.

Leider ist die Natur etwas komplizierter aufgebaut, als den Chemikern lieb ist. Es gibt nämlich innerhalb eines Elements verschieden schwere Atome, man nennt sie Isotope oder Nuklide. Die Atome von Kohlenstoff-12 (¹²C) und Kohlenstoff-14 (¹⁴C) unterscheiden sich chemisch nicht voneinander, sondern nur im Gewicht. Es ist ein großer technischer Aufwand nötig, um dieses Isotope zu trennen.

Theodore William Richards (1868 – 1928) wurde in Germantown in der Nähe von Philadelphia geboren. Schon früh interessierte sich der Schüler für Naturwissenschaften. An der Universität Harvard arbeitete Richards an einer Dissertation über die Bestimmung des Atomgewichts von Sauerstoff relativ zum Wasserstoff. Sein Doktorvater war Josiah Parsons Cooke, ebenfalls ein berühmter Experte im Bestimmen von Atomgewichten. Nach Aufenthalten in England und Deutschland kehrte Richard in die USA zurück und wurde Vorstand des chemischen Instituts in Harvard.

Den Nobelpreis 1914 für Chemie bekam Theodore Richards als Anerkennung für seine genauen Bestimmungen des Atomgewichts von mehreren chemischen Elementen. In den Kriegsjahren 1916 und 1917 wurde der Chemienobelpreis nicht verliehen. Heute werden die genauen Atommassen mit Massenspektrometern bestimmt. Diese Geräte werden nicht nur in der Chemie, sondern auch in der Kriminalistik und bei der Dopingkontrolle verwendet.

Nobelpreise

Helden der Wissenschaft:
Max Planck
(1858-1947) entdeckte den Quantensprung, das Allerkleinste, was die Natur an Energie zu bieten hat. In der Folge versuchte er mehrfach, seine eigene bahnbrechende Theorie zu widerlegen, was ihm nicht gelang.