Modell fallender Wassermoleküle
Modelldenken an einem einfachen Versuch
Basiswissen
Wenn man einen elektrisch geladenen Stab nahe an einen frei fallenden Wasserstrahl (ohne viel Druck) hält, dann wird dieser Wasserstrahl gut sichtbar zu dem Stab hin abgelenkt:
Dieser einfache Versuch verrät einiges über den inneren Aufbau von Wasserteilchen. Um die Gedanken zu verstehen, gehen wir zunächst zurück in das alte Griechenland.
Etwa 500 Jahre bevor Jesus geboren wurde, lebte der griechische Naturphilosoph Demokrit. Er machte ein berühmtes Gedankenexperiment: Was würde passieren, wenn man ein Stück Materie immer weiter in immer kleinere Teile zerschneidet? Man kann das Gedankenexperiment mit Holz, mit Knete oder auch mit Wasser machen. Demokrit vermutete, dass man dann irgendwann einmal ein Teilchen hat, das sich nicht weiteres teilen ließe. Heute kennen wir solche Teilchen und nennen sie Moleküle oder Atome. Auch Wasser, so weiß man heute, besteht aus solchen kleinen Teilchen, den Wassermolekülen. Man weiß, dass Wassermoleküle wiederum aus noch kleineren Teilchen zusammengesetzt sind, nämlich einem Sauerstoff- und zwei Wasserstoffteilchen.
- Ein kleinstes Wasserteilchen heißt Molekül.
- Die Abkürzung für ein Wassermolekül ist H2O.
- H steht für Hydrogenium, Deutsch: Wasserstoff.
- O steht für Oxygenium, Deutsch: Sauerstoff.
- Die 2 meint: 2 Wasserstoffteilchen.
- H2O besteht aus einem Sauerstoffteil und zwei Wasserstoffteilen.
- Ein Sauerstoffteil hat acht elektrisch positive Teilchen (Protonen).
- Ein Sauerstoffteil hat acht elektrisch negative Teilchen (Elektronen).
- Ein Wasserstoffteil hat ein elektrisch positives Teilchen (Proton).
- Ein Wasserstoffteil hat ein elektrisch negatives Teilchen (Elektron).
- In jedem Molekül gibt es genauso viel positive wie negative Ladung.
- Zwei gleichartige Ladungen stoßen sich immer gegenseitig ab.
- Zwei unterschiedliche Ladungen ziehen sich immer gegenseitig an.
- Die Kräfte sind umso stärker, je näher die Teilchen zusammnen sind.
- Die Kräfte sind umso schwächer, je entfernter die Teile voneinander sind.
- Reibt man einen Kunststoffstab mit Textil, wird er elektrisch geladen.
- Man kann nicht leicht sagen, ob er positiv oder negativ geladen ist.
- Ein ausreichend stark geladener Stab lenkt fallendes Wasser ab.
Mit diesen Voraussetzungen kann man nun darüber nachdenken, wie die elektrischen Ladungen innerhalb des Wassermoleküls verteilt sind. Eine sehr gute Denkmethode dazu ist das Modelldenken. Man trifft verschiedene Annahmen über den inneren Aufbau von Wasserteilchen. Hier sind zwei mögliche Modelle:
1. O-Modell
Beim O-Modell stellen wir uns das Wasserteilchen kugelförmig vor. Sowohl die positive wie auch die negative Ladung ist vollkommen gleichförmig über die ganze Kugel verteilt. Nirgends in oder auf der Kugel gibt es ein Stelle, an der die positive oder die negative Ladung überwiegt.
2. V-Modell
Beim V-Modell stellen wir uns die negative Ladung am spitzen Ende konzentriert vor. An den zwei Endpunkten gegenüber der Spitze sitzt die positive Ladung.
Mit einem dieser Modelle kann man die Ablenkung des Wassertrahls erklären, mit dem anderen nicht. Stelle dir vor, was mit einem einzelnen Molekül passieren würde, wenn es in der Nähe des Stabes herunterfällt. Die Lösung liegt darin, zu erkennen, wie stark die elekrische Ladung des Stabes auf die positive oder negative Ladung des Moleküls wirkt und ob dabei die anziehende oder abstoßende Kraft überwiegt. Nur eines der Modelle passt dann zum Versuchsergebnis.