Das Bohrsche Atommodell

Das Atommodell nach Niels Bohr war das erste Modell, das Elemente der Quantenmechanik enthielt, und lehnt sich in seinen Grundzügen an das Kern-Hülle-Modell von Rutherford an.
Es wird auch als Schalenmodell oder Energiestufenmodell bezeichnet.

Die Grundlage des Modells bestand darin, dass negativ geladene Elektronen den positiv geladenen Atomkern umkreisen. Das Problem hierbei bestand in der Tatsache, dass eine kreisende Ladung nach den Grundätzen der klassischen Elektrodynamik elektromagnetische Wellen erzeugt, was bedeutet, dass Energie abgestrahlt wird. Jedes kreisende Elektron würde mit der Zeit kontant Energie verlieren und irgendwann auf den Atomkern stürzen.

Bohr löste sich von den damaligen Grundsätzen der Elektrodynamik und klassischen Mechanik, um Atome definieren zu können, die trotz kreisender Elektronen stabil sind. Das Bohrsche Atommodell besagt, dass es für Elektronen spezifische Bahnen gibt, auf denen sie den Atomkern umkreisen können, ohne elektromagnetische Wellen zu erzeugen. Strahlung wird nur abgegeben, wenn das Elektron von einer Bahn in eine andere wechselt. Diese Bahnen werden auch als Energiestufen bezeichnet, daher auch der Name Energiestufenmodell.

Das Bohrsche Atommodell zeigte erstmals, dass man durch einige relativ einfach erscheinende Bedingungen in Kombination mit einigen Ausnahmen von der klassischen Physik sehr viele Eigenschaften von Atomen wie die Größe, seine Ionisierungsenergie und seine chrakteristischen Wellenlängen des Linienspektrums ableiten konnte. Die Ionisierungsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus einem Atom zu entfernen. Aufgrund der Anschaulichkeit des Bohrschen Atommodells dient es auch heute noch in vielen Fällen als Grundlage, um atomare Vorgänge qualitativ zu beschreiben.

Die Bohrschen Postulate

Niels Bohr legte in seinem Atommodell drei Postulate fest. Diese besagen folgendes:

1) Einem Elektron steht in einem Atom eine begrenzte Auswahl an spezifischen Bahnen zur Verfügung. Auf diesen Bahnen erzeugt das Elektron keine elektromagnetischen Wellen und behält seine Energie bei. Dabei spricht man auch von den stationären Zuständen des Atoms.

2) Ein Elektron kann von einem stationären Zustand in einen anderen springen. Bei diesem sogenannten Quantensprung zwischen zwei stationären Zuständen, die eine unterschiedliche Energie aufweisen, wird Licht emittiert oder absorbiert. Dabei wird die Frequenz v der Lichtwelle ausschließlich durch die Energiedifferenz ΔE der beiden Zustände nach der von dem Physiker Max Planck entdeckten Formel v = ΔE / h bestimmt.


3) Wenn sich ein Elektron im Anfangszustand nur langsam bewegt und in die nächsten Energiestufen springt, nähert sich die Frequenz der emittierten oder absorbierten Lichtwelle der Umlauffrequenz des Elektrons an.

 

Bohrsches Atommodell mit Veranschaulichung eines Quantensprungs.

Aufgrund der verschiedenen Energiezustände der einzelnen Bahnen konnte Bohr Aussagen über die Elektronenkonfiguration beziehungsweise der Verteilung der Elektronen auf den einzelnen Schalen treffen. Auf der innersten Schale, die Bohr nach dem Schalenmodell als K-Schale bezeichnete, konnten maximal zwei Elektronen Platz haben, auf der nachfolgenden L-Schale 8 Elektronen, auf der M-Schale 18 Elektronen usw.


Die maximale Anzahl "Nmax" von Elektronen, die sich auf einer Schale befinden können, können durch folgende Gleichung ermittelt werden, wobei "n" der Schalennummer entspricht:


Nmax = 2 · n2


Dadurch ergeben sich folgende Elektronenkonfigurationen für die einzelnen Schalen:

  • K-Schale: 2 Elektronen
  • L-Schale: 8 Elektronen
  • M-Schale: 18 Elektronen
  • N-Schale: 32 Elektronen
  • O-Schale: 50 Elektronen
  • P-Schale: 72 Elektronen
  • Q-Schale: 98 Elektronen

Die Besetzung der Schalen mit Elektronen verläuft immer ausgehend von der energieärmsten Schale, der K-Schale. Das heißt, dass erst die K-Schale besetzt wird, dann die L-Schale, anschließend die M-Schale etc.

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