Woraus besteht die Welt?

Diese Frage wurde von den griechischen Naturphilosophen (Thales, Anaximander, Anaximenes, Parmenides und Heraklit) eingehend untersucht. Sie vermuteten einen universellen Urstoff hinter allen Veränderungen in der Natur.

Empedokles (494-434 v.Chr.) begründete die Vorstellung von den vier Urstoffen Erde, Feuer, Luft und Wasser. Ausserdem unterschied er zwischen Stoff und Kraft. Nach heutiger naturwissenschaftlicher Sicht gibt es Grundstoffe (Physik: sechs Quarks(?), Chemie: ca.108 Elemente).

Demokrit (460-370 v.Chr.) schliesslich stellte die These von kleinsten, unsichtbaren und unteilbaren Teilchen auf, die er Atome nannte. Diese seien in allen Stoffen in verschiedenen Kombinationen enthalten.

Durch genaue Naturbeobachtungen und klares logisches Denken haben die griechischen Philosophen eine erstaunlich gute Vorstellung von den Stoffen unserer Welt erlangt, die erst etwa 2300 Jahre später als grundsätzlich richtig bestätigt werden konnte (Rutherford - Rückstreuung von $\alpha$-Teilchen, 1911; von Laue - Röntgenbeugung, 1911).

Die buddhistischen Philosophen haben vor etwa 2000 Jahren die Vorstellung einer kleinsten Zeiteinheit (Darma), also einer Art Quantelung der Zeit, entwickelt.

Die Quantelung von Energiezuständen wurde von Planck (1901) begründet und von Bohr (1913) zur Erklärung der verschiedenen Atome und ihrer Eigenschaften benutzt.

Abbildung 1: Schematische Darstellung entarteter Energiezustände der Elektronen im Wassterstoffatom (``Schalenmodell'')

Im Jahre 1805 stellte Dalton folgende Postulate auf:

1. Materie besteht aus Atomen.
2. Atome sind weder erzeugbar noch zerstörbar.
3. Alle Atome eines Elementes sind gleich, sie sind verschieden von denen anderer Elemente.
4. Chemische Verbindungen werden gebildet zwischen ganzzahligen Mengen in definierten Zahlenverhältnissen.

Das zweite Postulat gilt im Rahmen chemischer Energieumsetzungen, nicht aber für Kernreaktionen (-Kernphysik).

Postulat 4 wird als Regel von den konstanten Massenverhältnissen bezeichnet. Heute weiss man, dass nicht die Massen sondern die relativen Atomzahlen (Molzahlen) in vielen Verbindungen konstant sind. Solche Verbindungen werden als Daltonide bezeichnet (H$_2$O, CH$_4$, KIO$_4$, etc.).

Es gab aber von verschiedener Seite Zweifel daran, dass Postulat 4 für alle chemischen Verbindungen gilt, was zu einem lebenslänglichen Streit zwischen Dalton und Berthollet führte.

Heute weiss man, dass auch auf der Basis von Molzahlen in vielen Verbindungen keine konstanten Molverhältnisse auftreten. Solche Verbindungen wurden als Berthollide bezeichnet.

Man spricht hierbei von Phasenbreiten, die häufiger bei Verbindungen zwischen Metallen (Legierungen) auftreten.