Postulat 4:
„Bei chemischen Reaktionen werden die Atome der Ausgangsstoffe nur neu angeordnet und in bestimmten Anzahlverhältnissen miteinander verbunden.“
Chemie als Baukastensystem
Man stellt experimentell fest: 100 g Wasser (Wasser ist eine Verbindung!) kann man in 88,88 g Sauerstoff und 11,11 g Wasserstoff (beides sind Elemente!) aufspalten. Dieses Massenverhältnis ist immer gleich! (nämlich 8 : 1). Demnach ergeben z.B. 50 g Wasser 44,44 g Sauerstoff und 5,55 g Wasserstoff. Bei Gemischen ist das ganz anders: Bei Zuckerwasser ist das Verhältnis von Zucker zu Wasser sehr variabel.
Für die Verbindung Wasser gilt also das „Gesetz der konstanten Proportionen“; es gilt überhaupt für alle „normalen“ Verbindungen: Das Verhältnis der Massen der Elemente, aus denen eine Verbindung aufgebaut ist, ist immer konstant.
Wenn Wasserstoff aus winzigen (1.) Kugeln (2.), die alle gleich groß (3.) und gleich schwer (4.) sind, besteht, und Sauerstoff ebenso, und wenn man nun weiter annimmt, dass sich eine Wasserstoffkugel immer mit einer bestimmten Anzahl von Sauerstoffkugeln zu einem kleinen Teilchen (einem Molekül) verbindet (wobei Dalton zusätzlich annahm, dass die Anzahlen jeder Atomsorte in einem Molekül relativ klein seien), wären diese konstanten Verhältnisse ganz folgerichtig.
Was ein Wasserstoffatom oder ein Sauerstoffatom in Gramm wiegt, wissen wir einstweilen nicht, weil es so unglaublich wenig ist. Der Einfachheit halber setzen wir die Masse eines Wasserstoffatoms = 1 fest. Mit Sauerstoff ist es genauso, nur sind die Sauerstoffkugeln größer und schwerer.
Wie oben festgestellt, beträgt bei Wasser das Gewichtsverhältnis Wasserstoff : Sauerstoff = 1 : 8. Zunächst wissen wir aber nicht, nach welchen Gesetzen sich die Atome im Wassermolekül zusammensetzen.
Nehmen wir an (1. Zeile der folgenden Tabelle),
| 1 | Wasserstoffatom | verbindet sich immer mit | 1 | Sauerstoffatom, | dann ergibt sich für Sauerstoff ein Atomgewicht von | 8 |
| 2 | 1 | |||||
| 3 | 1 | |||||
| 1 | 2 | |||||
| 1 | 3 | |||||
| 2 | 3 |
Ergänzen Sie die fehlenden Zahlen! (Lösung)
Es war eine von Daltons großen Ideen, dass man aufgrund der Massenverhältnisse der Elemente in einer Verbindung auf die relativen Atommassen (relativ zu Wasserstoff = 1) schließen könnte. Von den Versuchsergebnissen beim Wasser allein kann man allerdings das Atomgewicht des Sauerstoffs nicht bestimmen, da ja die Anzahlverhältnisse, in denen sich Sauerstoff mit Wasserstoff verbindet, nicht bekannt sind (siehe die obige Tabelle). Aus hunderten anderer Versuche wird aber plausibel, dass es 16 sein muss (dann bekommt man insgesamt die einfachsten Zahlen für alle untersuchten Verbindungen). (Außerdem kann man mit der Hypothese von Avogadro argumentieren.) Damit steht auch die Formel für Wasser fest (Aufgabe: wieso?)
Außer dem Gesetz der konstanten Proportionen gibt es auch noch das „Gesetz der multiplen Proportionen“; manche Atome können sich auf verschiedene Weisen mit anderen verbinden. So kannte Dalton zwei verschiedene Oxide des Stickstoffs – die Formeln, die er angibt, sind allerdings falsch aufgrund seiner Annahme, dass Wasser die Formel HO habe – und auch zwei verschiedene Oxide des Kohlenstoffs.
Durch die Daltonschen Atome wird Chemie zu einem Baukastensystem. Jedes Element hat eine bestimmte Anzahl von „Valenzen“ oder eine bestimmte Wertigkeit, manchmal auch mehrere. Diese Valenzen entsprechen den Zapfen, welche die Atome in den Molekülbaukästen haben. Wasserstoff hat eine Valenz, Sauerstoff zwei, Kohlenstoff vier, Chlor und Natrium eine, Calcium zwei, Eisen zwei oder drei. Damit kann man die Zusammensetzung vieler Moleküle korrekt voraussagen, allerdings nicht immer. Warum es z.B. keine Verbindung CaNa2 geben kann, erklärt diese Theorie nicht, dazu benötigt man Wissen über die Bildung von Ionen.
