Bohr'sches Atommodell (Basiswissen)

Bohr'sches Atommodell (Basiswissen) Übung

• Gib die richtigen Aussagen über das Bohr'sche Atommodell an.

  Tipps

  Im Rutherford'schen Atommodelle sind die Elektronen chaotisch um den Kern verteilt.

  Im Thomson'schen Atommodell sind Elektronen und Protonen durcheinander verteilt.

  Elektronen befinden sich im Bohr'schen Atommodell nur auf bestimmten Bahnen.

  Lösung

  Im Bohr'schen Atommodell befinden sich die Protonen im Atomkern und die Elektronen in der Atomhülle. Diese sind also räumlich voneinander getrennt.

  Im Gegensatz zum Rutherford'schen Atommodell befinden sich die Elektronen jedoch nicht chaotisch in der Atomhülle verteilt, sondern stets auf Kreisbahnen um den Atomkern.

  Der Bahnradius ist dabei äquivalent zur Energie. Da Elektronen sich nur auf bestimmten Bahnen befinden können, können diese auch nur bestimmte Energiebeträge haben. Diese Energiebeträge werden durch passende Photonen entweder aufgenommen oder abgegeben.

  Mit diesem Modell konnte Bohr einige Probleme der Atomphysik lösen und erklären, warum Elektronen nicht in den Atomkern abstürzen.

  Das Modell stützt sich auf die Bohr'schen Postulate.

  Daraus ergibt sich jedoch auch ein Problem. Denn Postulate sind Annahmen, die jedoch unbegründet sein können.

  Dennoch ist das Atommodell von Niels Bohr noch heute sehr bekannt, denn es ist einfach zu verstehen und erklärt viele wichtige Phänomene der Atomphysik.

• Gib das Bohr'sche Atommodell an.

  Tipps

  Bedenke die Bohr'schen Postulate.

  Nur durch Quantensprünge können Elektronen ihre Bahn um den Atomkern ändern.

  Nach dem ersten Bohr'schen Postulat bewegen sich Elektronen auf stabilen Kreisbahnen.

  Lösung

  Das Bohr'sche Atommodell beinhaltet wie andere Atommodelle auch einen Atomkern und eine Atomhülle.

  Niels Bohr ging davon aus, dass sich die Protonen im Atomkern befinden. Der Atomkern ist nach seinem Modell sehr klein, beinhaltet jedoch den Großteil der Masse des Atoms.

  Um den Atomkern herum finden sich die Elektronen in der Atomhülle. Nach dem Bohr'schen Atommodell befinden sich die Elektronen nun auf fest definierten Kreisbahnen um den Atomkern. Sie befinden sich dort in stabilen Zuständen und strahlen keine Energie ab. Eine Änderung des Bahnradius, ein so genannter Quantensprung, tritt nur dann auf, wenn ein Elektron von einem passenden Photon dazu angeregt wird.

  Noch heute ist das Bohr'sche Atommodell so bedeutsam, da es eine ganze Reihe unerklärbarer Versuchsergebnisse einfach erklären konnte.

• Erkläre das Bohr'sche Atommodell anhand des Wasserstoffatoms.

  Tipps

  Im Bohr'schen Atommodell befinden sich die Protonen im Atomkern und die Elektronen in der Atomhülle.

  Der Bahnradius der Kreisbewegung ist dabei Energie äquivalent.

  Lösung

  Im Bohr'schen Atommodell befinden sich die Protonen im Atomkern und die Elektronen in der Atomhülle. Sie sind also räumlich voneinander getrennt. Genauer gesagt befinden sich die Elektronen auf bestimmten Kreisbahnen um den Atomkern herum. Der Bahnradius ist dabei der Energie äquivalent. Da Elektronen sich nur auf bestimmten Bahnen befinden können, können diese auch nur bestimmte Energiebeträge haben.

  Dieser Zusammenhang ist besonders einfach am Wasserstoffatom nachzuvollziehen. Hier gibt es nur ein Proton und ein einzelnes Elektron. Wechselt das Elektron seine Bahn, so gelten dieselben Modellannahmen wir für jedes weitere Atom. Die Energiebeträge werden auch beim Wasserstoffatom durch passende Photonen aufgenommen oder abgegeben.

  Mit diesem Modell konnte Bohr einige Probleme der Atomphysik lösen und erklären, warum Elektronen nicht in den Atomkern abstürzen. Unter anderem aus diesem Grund ist das Atommodell von Niels Bohr noch heute sehr bekannt und bietet einen relativ einfachen Einstieg in die Atomphysik.

• Gib die Bohr'schen Postulate an.

  Tipps

  Das zweite und dritte Postulat wird oft zusammengefasst.

  Postulate sind Annahmen.

  Bohr nimmt an, dass Elektronen nur in bestimmten Abständen vom Atomkern vorkommen.

  Lösung

  Für sein Atommodell postulierte Niels Bohr drei Postulate. Postulate sind Annahmen, die als Annahme für ein Modell gelten und nicht unbedingt einer weitreichenden Grundlage bedürfen.

  Das erste Postulat lautet: Elektronen bewegen sich auf stabilen Kreisbahnen um den Atomkern. Sie strahlen dabei keine Energie ab. Bohr nimmt also an, dass Elektronen nur in bestimmten Abständen vom Atomkern vorkommen.

  Das zweite Postulat lautet: Der Bahnradius ändert sich nur stufenweise, nicht fließend. Diese Änderung wird als Quantensprung bezeichnet. Elektronen nehmen nur bestimmte Energiebeträge auf oder geben diese ab. So verändert sich ihre Gesamtenergie nur stufenweise.

  Das dritte Postulat lautet: Bahnen sind nur stabil, wenn der Drehimpuls $L = n \cdot h$ ist.

  Das zweite und dritte Postulat werden dabei häufig zusammengefasst.

• Gib die bekannten Vorgänger des Bohr'schen Atommodells an.

  Tipps

  Modelle sollen die Realität abbilden.

  Rutherford wurde durch seine Streuversuche berühmt.

  Darwin ist der Vater der Evolutionstheorie.

  Lösung

  Bevor Niels Bohr sein Atommodell entwickelte, gab es bereits weitere Modelle, die den Aufbau der Atome zu erklären versuchten.

  Bohr ließ sich von diesen Modellen zu seinem eigenen Modell inspirieren, weshalb wir hier zwei etwas genauer betrachten wollen.

  Zuerst betrachten wir das Thomson'sche Atommodell. Dieses wird auch als Rosinenkuchenmodell bezeichnet, denn die Elektronen sind chaotisch in einem positiv geladenen Material verteilt. Eben so wie Rosinen in einem Rosinenkuchen.

  Dass dieses Modell nicht der Realität entsprechen konnte, bewies Rutherford. Aufgrund seiner Streuversuche postulierte er ein anderes Atommodell, nach dem sich die Elektronen in einer großen Atomhülle gänzlich frei um einen sehr kleinen Atomkern bewegen konnte. Die Protonen vermutete Rutherford gesammelt im Atomkern.

  Diesen Ansatz griff Niels Bohr wenige Jahre später auf und erweiterte diesen um seine Postulate.

  Als Ergebnis erhielt er das Bohr'sche Atommodell, nach dem sich Elektronen ebenfalls um einen Atomkern bewegen, jedoch auf festen Bahnen.

  Bis heute wurde das Atommodell noch zahlreiche Male weiter entwickelt, um so ein immer genaueres Abbild der Realität zu erhalten.

  Dennoch ist das Atommodell von Bohr weiterhin wichtig, denn es ist eine relativ einfache Art und Weise, den Atomaufbau und grundlegende Energietransferprozesse in der Atomphysik zu erklären.

• Analysiere Probleme des Bohr'schen Atommodells.

  Tipps

  Elektronen bewegen sich auf stabilen Kreisbahnen um den Atomkern.

  Das BAM ist ein $2-D$-Modell.

  Ein realitätsgetreues Modell müsste dreidimensional sein.

  Lösung

  Einige Probleme des Bohr'schen Atommodells lassen sich anhand der Postulate gut nachvollziehen.

  Das erste Postulat lautet: Elektronen bewegen sich auf stabilen Kreisbahnen um den Atomkern. Sie strahlen dabei keine Energie ab. Bohr nimmt also an, dass Elektronen nur in bestimmten Abständen vom Atomkern vorkommen.

  Das zweite Postulat lautet: Der Bahnradius ändert sich nur stufenweise, nicht fließend. Diese Änderung wird als Quantensprung bezeichnet. Elektronen nehmen nur bestimmte Energiebeträge auf oder geben diese ab. So verändert sich ihre Gesamtenergie nur stufenweise.

  Das dritte Postulat lautet: Bahnen sind nur stabil, wenn der Drehimpuls $L = n \cdot h$ ist. Das zweite und dritte Postulat wird dabei häufig zusammengefasst.

  Nun ergibt sich daraus ein Problem. Ein Postulat bezeichnet eine Annahme, die nicht wissenschaftlich begründet ist. Zudem betrachtet Bohr lediglich ein einzelnes Elektron. Demnach wäre das Modell nur für das Wasserstoffatom gültig.

  Weitere Probleme ergeben sich daraus, dass das BAM ein zwei-dimensionales Modell ist, in der Realität sind Atome jedoch kugelförmig. Außerdem können chemische Bindungen nicht mit dem Bohr'schen Atommodell erklärt werden.

  Trotz all dieser Probleme ist das Atommodell von Bohr ein guter Ansatz zur Bestimmung atomphysikalischer Problemstellungen. Unter anderem aus diesem Grund ist das BAM noch heute sehr bekannt.