Das Bohr Atommodell

Durch Auswertung von Atomspektren angeregter Gase des einfachsten aller Atome, dem Wasserstoffatome, entwickelten Niels Bohr (1885-1962) und Arnold Sommerfeld Anfang des 19. Jahrhunderts (1913) ein neues Atommodell, das nach Bohr das bohrsche Atommodell genannt wird. Grundlagen für ihre Arbeit waren das Wissen um kleinste positive und negative Elementarladungen, die sich im Atom befinden. Nach dem Modell Bohrs umkreisen negativ geladene Elektronen einen Kern aus positiven Protonen und neutralen Neutronen. Die Elektronen kreisen auf vorgegebenen Bahnen um den Kern. Den einzelnen Bahnen werden Energieniveaus zugeordnet, die mit den Buchstaben K-Q gekennzeichnet werden. Im folgenden Bild ist das Element Radium nach der bohrschen Darstellungsweise abgebildet.

[Bild 1]

Eine Bahn oder Schale überlagert die nächst tiefere (vergleichbar einer Zwiebel), weshalb das Modell auch Schalenmodell genannt wird. Jede Bahn entspricht einem Energiezustand, weshalb man auch von Energieniveaus spricht und hat einen bestimmten Radius. Die dem Kern naheste Schale (Energieniveau) ist am energieärmsten, je nach Entfernung vom Kern steigt der Energiegehalt. Bei der Belegung der Schalen orientierte sich Bohr am Periodensystem. Er ging davon aus, dass die Nummer der Periode der Anzahl der Atomschalen und die Nummer der Hauptgruppen der Anzahl der Außenelektronen (auf der äußersten Schale) entsprechen und benannte sie mit den Buchstaben K-Q.

K Schale = 2 Elektronen

L Schale = 8 Elektronen

M Schale = (8 Elektronen) / 18 Elektronen

.....

Im Laufe des Periodensystems werden teilweise vorangegangene Schalen im Verlauf weiter befüllt. Die Belegung der Schalen aller Elemente findet man hier, oder im Periodensystem der Seite. Heute verwendet man die Zahlen von 1-7 für die Bezeichnung der Schalen (Energieniveaus) und nennt sie Hauptenergieniveaus (n).

[Bild 2]

Benennung der Hauptenergieniveaus (Schalen) um den Atomkern

Elektronen bewegen sich nur auf diesen festen Bahnen und können bei chemischen Reaktionen oder bei Anregung durch z.B. Licht (Photonen) nur auf die nächst höheren Bahnen "springen" bzw. "fallen. Bohr übertrug dafür Max Plancks Anschauung über Quantelung von Energie und Ladung auf das Wasserstoffatom. Nach Planck gibt es eine kleinste elementare Ladung e. Alle in der Welt vorkommenden Ladungen entsprechen entweder dieser Ladung oder sind ganzzahlige Vielfache von ihr. Die Bahnen bei Bohr entsprechen nun bestimmten Energiewerten. Um ein Elektron von einer Bahn auf die nächst höhere zu bewegen muss ein genauer Energiewert hinzu gegeben werden, der der Differenz zwischen den beiden Energieniveaus entspricht. Man spricht in so einem Fall von einem angeregten Zustand. Fällt das Elektron wieder auf seine ursprüngliche Bahn zurück wird die vorher aufgenommene Energiemenge in Form von Licht bestimmter Wellenlänge abgegeben.

[Bild 3] [Bild 4]

Eindrucksvoll zeigt der Versuch zur "Flammenfärbung" diesen Umstand. Dort geben in der Flamme angeregte Atome Licht in verschiedenen Farben ab. Die verschiedenen Farben ergeben sich aus den Sprüngen von Elektronen zwischen verschiedenen Schalen

[Bild 5] [Bild 6]

Wie oben schon erwähnte stellte Bohr das Modell nur für eine Wasserstoffelektron auf und leitete davon die anderen Atome ab. Allerdings zeigen sich in der Praxis Ungereimtheiten bei der Anwendung des Modells bei größeren Atomen. Schon für das Heliumatom musste das Modell angepasst werden. Das Bohrmodell musste sich seit seiner Veröffentlichung mit Kritik auseinandersetzen. Sich um den Kern bewegende Elektronen müssten durch ihre Bewegung Energie verbrauchen und so und auf Grund unterschiedlicher Ladung irgendwann in den Kern fallen. Bohr trat dem mit dem Postulat entgegen, dass Elektronen immer auf ihren Bahnen verbleiben und nicht in den Kern fallen. Belegt hat er dieses Postulat allerdings nicht. In der Schule wird das Bohr-Modell heute noch in der Mittelstufe verwendet, um einfach Sachverhalte in der allgemeinen Chemie zu erklären. Zum Beispiel die Ionenbindung und einfache Redoxreaktionen lassen sich anschaulich damit erklären. Eingeführt wird das Modell meistens bei der Frage der Leitfähigkeit von Salzlösungen oder bei der genauen Deutung von Reaktionen zwischen Stoffen. Organische Strukturen und die Elektronenpaarbindung benötigen weitergehende Modelle. Bohr`s Assistent Sommerfeld erweiterte die Theorie schon früh darum, dass sich die Elektronen nicht auf Schalen sondern auf elliptischen Bahnen, wie Planeten um die Sonne, um den Kern bewegen. Durch diese Erweiterung konnte er eine weitere Quantenzahl einführen, die Nebenquantenzahl (k) die in seinem Modell der kleinen Halbbahn seiner Ellipsen entsprach, während die große Halbbahn der Hauptquantenzahl (n) entsprach. Die Verhältnisse im Atom wurden so noch genauer beschrieben und ein erster Schritt in Richtung eines neuen Atommodells war getan. Weitere Informationen findet dazu liefert der Artikel zum Thema "Orbitalmodell".

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