Bohr-Modell des Atoms erklärt

Das Bohr-Modell besteht aus einem kleinen positiv geladenen Kern, der von negativ geladenen Elektronen umkreist wird. Hier ist ein genauerer Blick auf das Bohr-Modell, das manchmal als Rutherford-Bohr-Modell bezeichnet wird.

Überblick über das Bohr-Modell

Niels Bohr schlug 1915 das Bohr-Modell des Atoms vor. Da das Bohr-Modell eine Modifikation des früheren Rutherford-Modells ist, wird das Bohr-Modell von manchen als Rutherford-Bohr-Modell bezeichnet. Das moderne Modell des Atoms basiert auf der Quantenmechanik. Das Bohr-Modell enthält einige Fehler, aber es ist wichtig, weil es die meisten akzeptierten Merkmale der Atomtheorie beschreibt, ohne die gesamte Mathematik auf hoher Ebene der modernen Version. Im Gegensatz zu früheren Modellen erklärt das Bohr-Modell die Rydberg-Formel für die spektralen Emissionslinien von atomarem Wasserstoff.

Das Bohr-Modell ist ein Planetenmodell, bei dem die negativ geladenen Elektronen einen kleinen, positiv geladenen Kern umkreisen, ähnlich den Planeten, die die Sonne umkreisen (mit der Ausnahme, dass die Umlaufbahnen nicht planar sind). Die Gravitationskraft des Sonnensystems ist mathematisch mit der Coulomb-Kraft (elektrischen Kraft) zwischen dem positiv geladenen Kern und den negativ geladenen Elektronen vergleichbar.

Hauptpunkte des Bohr-Modells

• Elektronen umkreisen den Kern in Bahnen, die eine festgelegte Größe und Energie haben.
• Die Energie der Umlaufbahn hängt von ihrer Größe ab. Die niedrigste Energie befindet sich in der kleinsten Umlaufbahn.
• Strahlung wird absorbiert oder emittiert, wenn sich ein Elektron von einer Umlaufbahn in eine andere bewegt.

Bohr-Modell von Wasserstoff

Das einfachste Beispiel für das Bohr-Modell ist für das Wasserstoffatom (Z = 1) oder für ein wasserstoffähnliches Ion (Z> 1), bei dem ein negativ geladenes Elektron einen kleinen positiv geladenen Kern umkreist. Elektromagnetische Energie wird absorbiert oder abgegeben, wenn sich ein Elektron von einer Umlaufbahn in eine andere bewegt. Es sind nur bestimmte Elektronenbahnen erlaubt. Der Radius der möglichen Bahnen nimmt mit n zu², Dabei ist n die Hauptquantenzahl. Der 3 → 2-Übergang erzeugt die erste Zeile der Balmer-Reihe. Für Wasserstoff (Z = 1) entsteht ein Photon mit einer Wellenlänge von 656 nm (rotes Licht).

Bohr-Modell für schwerere Atome

Schwerere Atome enthalten mehr Protonen im Kern als das Wasserstoffatom. Es waren mehr Elektronen erforderlich, um die positive Ladung aller dieser Protonen aufzuheben. Bohr glaubte, dass jede Elektronenbahn nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen könne. Sobald der Level voll war, wurden zusätzliche Elektronen auf den nächsten Level geschleudert. So beschreibt das Bohr-Modell für schwerere Atome Elektronenschalen. Das Modell erklärte einige der atomaren Eigenschaften schwererer Atome, die zuvor noch nie reproduziert worden waren. Das Schalenmodell erklärte zum Beispiel, warum Atome in einer Periode (Reihe) des Periodensystems kleiner wurden, obwohl sie mehr Protonen und Elektronen hatten. Es erklärte auch, warum die Edelgase inert waren und warum Atome auf der linken Seite des Periodensystems Elektronen anziehen, während die auf der rechten Seite sie verlieren. Das Modell vermutete jedoch, dass die Elektronen in den Schalen nicht miteinander wechselwirken und konnte nicht erklären, warum sich die Elektronen unregelmäßig zu stapeln schienen.

Probleme mit dem Bohr-Modell

• Es verstößt gegen das Heisenberg-Unsicherheitsprinzip, da Elektronen einen bekannten Radius und eine Umlaufbahn haben.
• Das Bohr-Modell liefert einen falschen Wert für den Bahndrehimpuls des Grundzustands.
• Es macht schlechte Vorhersagen über die Spektren größerer Atome.
• Die relativen Intensitäten der Spektrallinien werden nicht vorhergesagt.
• Das Bohr-Modell erklärt Feinstruktur und Hyperfeinstruktur in Spektrallinien nicht.
• Es erklärt nicht den Zeeman-Effekt.

Verfeinerungen und Verbesserungen des Bohr-Modells

Die bekannteste Verfeinerung des Bohr-Modells war das Sommerfeld-Modell, das manchmal als Bohr-Sommerfeld-Modell bezeichnet wird. In diesem Modell bewegen sich Elektronen in elliptischen Bahnen um den Kern herum und nicht in kreisförmigen Bahnen. Das Sommerfeld-Modell war besser in der Lage, atomare Spektraleffekte zu erklären, wie den Stark-Effekt bei der Aufteilung von Spektrallinien. Das Modell konnte jedoch die magnetische Quantenzahl nicht aufnehmen.

Letztendlich wurden das Bohr-Modell und darauf basierende Modelle von Wolfgang Pauli, basierend auf der Quantenmechanik, 1925 ersetzt. Dieses Modell wurde verbessert, um das moderne Modell zu produzieren, das 1926 von Erwin Schrödinger eingeführt wurde. Heute wird das Verhalten des Wasserstoffatoms anhand von erklärt Wellenmechanik zur Beschreibung von Atomorbitalen.

Quellen

• Lakhtakia, Akhlesh; Salpeter, Edwin E. (1996). "Modelle und Modellierer von Wasserstoff". Amerikanisches Journal der Physik. 65 (9): 933. Bibcode: 1997AmJPh… 65… 933L. doi: 10.1119 / 1.18691
• Linus Carl Pauling (1970). Kapitel 5-1. Allgemeine Chemie (3. Aufl.). San Francisco: W.H. Freeman & Co. ISBN 0-486-65622-5.
• Niels Bohr (1913). "Über die Konstitution von Atomen und Molekülen, Teil I" (PDF). Philosophisches Magazin. 26 (151): 1-24. doi: 10.1080 / 14786441308634955
• Niels Bohr (1914). "Die Spektren von Helium und Wasserstoff". Natur. 92 (2295): 231 & ndash; 232. doi: 10.1038 / 092231d0