7.

Das Bohr’sche Atommodell

Der dänische Physiker Niels Bohr formulierte 1913 das nach ihm benannte Bohr’sche Atommodell. Im Gegensatz zu Rutherford stellte Bohr Postulate auf, mit denen er versuchte, das scheinbar widersprüchliche Verhalten der Atome zur klassischen Elektrodynamik zu erklären. Die Linienspektren aus spektroskopischen Experimenten zeigten, dass die Lichtenergie gequantelt ausgestrahlt wird. Bohr folgerte daraus, die Elektronen könnten nur ganz bestimmte ausgewählte Energiezustände einnehmen. Nach seinem ersten Postulat bewegen sich die Elektronen auf diskreten Kreisbahnen um den Kern und strahlen dabei – im Gegensatz zur klassischen Elektrodynamik – keine Lichtenergie aus. Nur beim Übergang von einer energiereicheren Bahn auf eine energieärmere Kreisbahn ist das Elektron in der Lage, Licht zu emittieren. Die Frequenz des ausgesandten Lichtes sollte der Energiedifferenz ΔE zwischen den beiden Bahnen entsprechen: ΔE = hu.

Linienspektren deutete Bohr folgendermaßen: Das Elektron befindet sich im energieärmsten Zustand, dem Grundzustand. Wenn man dem System Energie zuführt (z. B. durch Erhitzen), können die Elektronen in einen Zustand höherer Energie übergehen (angeregter Zustand). In diesem nichtstabilen Energiezustand verweilen die Elektronen jedoch nicht – oder nur kurz – und fallen quasi sofort in einen niedrigeren Energiezustand zurück. Bei diesem Vorgang wird Lichtenergie ausgesandt, wobei die Menge dieser Energie der Energiedifferenz zwischen angeregtem und dem jeweiligen energieärmeren Zustand entspricht.

Nach seinem ersten Postulat befanden sich die Elektronen in einem stationären Zustand. Bohr nahm mit seinem zweiten Postulat an, dass unterschiedliche stationäre Zustände nur ganzzahlige Vielfache des Energiequantums h sind. Die Zustände ließen sich mathematisch als Produkt aus Impuls des Elektrons (mv) und dem Bahnumfang (2pr) darstellen. Nach Bohrs Auffassung sollten bei den Atomen entsprechender Elemente auch mehrere Elektronen den Kern im selben Abstand umlaufen können und eine „Elektronenschale” bilden.

Für die Deutung des Wasserstoffatoms stimmte Bohrs Modell sehr gut überein, jedoch versagte es bereits bei der Erklärung des Heliumspektrums.

Obwohl die Anwendung des Modells auf höhere Atome keine genauen Ergebnisse brachte, waren dennoch einige Grundgedanken richtungweisend. So ist die emittierte Lichtenergie bei höheren Atomen tatsächlich nur so zu erklären, dass die Elektronen, von denen die Emission ausgeht, sich auf ganz bestimmten Energiezuständen (Energieniveaus) befinden.