Referat Bohrsches Atommodell

Spektralserien

Es gibt verschiedene Serien von Spektrallinien innerhalb eines Spektrums. Beim Wasserstoffatom gibt es folgende Serien: - Pfund-Serie infrarot zur Bahn n = 5

- Brackett-Serie infrarot zur Bahn n = 4

- Paschen Serie infrarot zur Bahn n = 3

- Balmer-Serie teilweise sichtbarer Bereich zur Bahn n = 2

- Lyman-Serie ultraviolett zur Bahn n = 1

Dieses Serien sind immer eine Vielzahl von Spektrallinien, die jeweils etwas gemeinsam haben. Bei der Balmer- Serie z.B. entstehen die Spektrallinien durch die Photonen die von Elektronen emittiert werden, die auf die 2

Bahn, also n = 2, gefallen sind.

Zusammenfassung:

Niels Bohr 8 5 - 9 3, Nobelpreis 19 2) hat 1 13 versucht, die M ngel des Rutherfordschen Atommodells durch die Hinzunahme von sogenannten Quantisierungsbedingungen zu beheben: Ohne tiefere Begründung und in bewu tem Gegensatz zur klassischen Physik verlangte er, daß nur gewisse Bahnradien zul ssig sein sollten, sodaß sich auch nur ganz bestimmte Energieniveaus der Atomelektronen ergeben. Auf diesen ausgezeichneten Bahnen sollte das Elektron den Kern umlaufen können, ohne zu strahlen. Trotz wesentlicher Erfolge blieb aber dieses Modell letztlich unbefriedigend, weil für die Quantisierung der Energie kein Grund angegeben werden konnte und Widersprüche zur Erfahrung bestehen bleiben. Das Wasserstoffatom bleibt auch in diesem Modell ein Scheibchen.

Die Entdeckung, daß das Atom aus einem Kern und einer f r die Gr e des Atoms ma gebenden Elektronenhülle besteht, war ein entscheidender Fortschritt. Die Frage aber, wie der Kern und die Elektronen zu einem System zusammengefügt sind, wie also das Atom aufgebaut ist, blieb weiterhin ein ungel stes Rätsel. Durch das Quantenmodell des Lichtes wurden somit zwei für die klassische Physik unl sbare Probleme aufgeworfen: Die klassische Mechanik konnte die Beugung von Lichtquanten nicht verständlich machen. Sie

konnte ebensowenig die mit Hilfe des Quantenmodells aus den Linienspektren folgende Quantisierung der Energie im Atom erklären und somit auch das Verhalten von Elek tronen im Atom nicht verständlich machen. Sie versagte also in beiden F llen bei der Beschreibung des Verhaltens kleinster Teilchen.

Wir haben erkannt, daß das Wellenmodell des Lichtes mit dem Quantenmodell nur dann verträglich sein kann, wenn für die Lichtquanten eine neue Mechanik gilt. Das Versagen der klassischen Mechanik bei der Erklärung des Atombaues zeigte, daß auch andere Teilchen (die Elektronen) nicht der klassischen Mechanik folgen, daß also offenbar alle diese kleinsten Teilchen nur mit einer neuen Mechanik richtig beschrieben werden können. Die Entwicklung dieser sogenannten Quantenmechanik gelang 9 5 Werner Heisenberg und 9 6 Erwin Schrödinger unabh ngig voneinander auf zwei ganz verschiedenen Wegen. Sie ist die unerl liche Grundlage für jedes tiefere Verständnis im Bereich der Atom- und Teilchenphysik. Die Entwicklung der Quantenmechanik kann daher ohne bertreibung als der bedeutendste Fortschritt der Physik in diesem Jahrhundert bezeichnet werden.

Das Bohr Atommodell hat sich bei der Beschreibung folgender Erfahrungstatsachen gut bew hrt:

1. Der aus dem Modell sich ergebende Durchmesser des Wasserstoffatoms stimmt in der Grö enordnung mit den Me ergebnissen aus klassischen Versuchen berein.

2. Die Spektren des Wasserstoffatoms und der wasserstoffähnlichen Ionen können in Übereinstimmung mit der

Erfahrung berechnet werden.

. Die berechneten Ionisierungsenergien stimmen mit den gemessenen Werten berein.

. Die RYDBERG-Konstante kann aufgrund des BOHR Modells mit anderen bekannten Naturkonstanten verkn pft werden, und aus dieser Verkn pfung kann ihr Wert in bereinstimmung mit den Me ergebnissen berechnet werden.

Leider weist das Bohr Atommodell aber auch eine Reihe von Unzul nglichkeiten auf, von denen hier einige genannt werden sollen:

1. Es ist mit Hilfe des Bohr-Atommodells nicht möglich, die Spektren von Atomen, bei denen sich in der Hülle zwei oder mehr Elektronen befinden, richtig zu berechnen.

. Die Erfahrung zeigt, daß die zunächst einheitlich erscheinenden Spektrallinien der Atome mit Hilfe von stark aufl senden Spektralapparaten in mehrere eng benachbarte Linien, die selbst noch eine gewisse, allerdings sehr kleine Breite haben, aufgel st werden können. Man bezeichnet diese Erscheinung als die Feinstruktur der Spektrallinien. Hierfür kann das Bohr Atommodell keine Erklärung geben.

. Bohr konnte für die von ihm aufgestellte Quantenbedingung keine zwingende Begründung geben. Diese

Tatsache muß zum mindesten als unbefriedigend betrachtet werden.

Aus den hier dargelegten und einigen weiteren Gründen sahen sich die Physiker veranla t, ein Modell f r die Atomhüllen zu entwickeln, das umfassender als das Bohr Modell ist und das auch die von diesem Modell nicht erhaltenen Erfahrungen zu beschreiben erlaubt. Einen ersten Schritt in dieser Richtung hat der Physiker A. SOMMERFELD (1 68 - 9 1) getan.