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Bohr-Modell des Atoms – Überblick und Beispiele

Das Bohr-Modell hat ein Atom, das aus einem kleinen, positiv geladenen Kern besteht, 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, nennen einige Leute Bohrs Modell das Rutherford-Bohr-Modell. Das moderne Modell des Atoms basiert auf der Quantenmechanik. Das Bohr-Modell enthält einige Fehler, ist jedoch wichtig, da es die meisten akzeptierten Merkmale der Atomtheorie ohne die gesamte Mathematik der modernen Version beschreibt. 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 (außer dass die Umlaufbahnen nicht planar sind). Die Gravitationskraft des Sonnensystems ist mathematisch der (elektrischen) Coulomb-Kraft zwischen dem positiv geladenen Kern und den negativ geladenen Elektronen ähnlich.

Hauptpunkte des Bohr-Modells

  • Elektronen umkreisen den Kern in Umlaufbahnen mit einer festgelegten Größe und Energie.
  • 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 zur anderen bewegt.

Bohr-Modell von Wasserstoff

Das einfachste Beispiel des Bohr-Modells ist für das Wasserstoffatom (Z=1) oder für ein wasserstoffähnliches Ion (Z> 1), in dem ein negativ geladenes Elektron einen kleinen positiv geladenen Kern umkreist. Elektromagnetische Energie wird absorbiert oder emittiert, wenn sich ein Elektron von einer Umlaufbahn zur anderen bewegt. Es sind nur bestimmte Elektronenbahnen zulässig. Der Radius der möglichen Umlaufbahnen nimmt mit n 2 zu , wobei n die Hauptquantenzahl ist. 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 all dieser Protonen aufzuheben. Bohr glaubte, dass jede Elektronenbahn nur eine festgelegte Anzahl von Elektronen aufnehmen könne. Sobald das Niveau voll war, würden zusätzliche Elektronen auf das nächste Niveau gebracht. So beschrieb das Bohr-Modell für schwerere Atome Elektronenschalen. Das Modell erklärte einige der atomaren Eigenschaften schwererer Atome, die noch nie zuvor reproduziert worden waren. Zum Beispiel erklärte das Schalenmodell, warum Atome über eine Periode (Reihe) des Periodensystems hinweg kleiner wurden, obwohl sie mehr Protonen und Elektronen hatten. Es wurde auch erklärt, warum die Edelgase inert waren und warum Atome auf der linken Seite des Periodensystems Elektronen anziehen, während Atome auf der rechten Seite sie verlieren. Das Modell nahm jedoch an, dass Elektronen in den Schalen nicht miteinander wechselwirkten und nicht erklären konnten, warum sich Elektronen auf unregelmäßige Weise zu stapeln schienen.

Probleme mit dem Bohr-Modell

  • Es verstößt gegen das Heisenberg-Unsicherheitsprinzip, da Elektronen sowohl einen bekannten Radius als auch eine bekannte Umlaufbahn haben.
  • Das Bohr-Modell liefert einen falschen Wert für den Drehimpuls des Grundzustands .
  • Es macht schlechte Vorhersagen bezüglich der Spektren größerer Atome.
  • Die relativen Intensitäten der Spektrallinien werden nicht vorhergesagt.
  • Das Bohr-Modell erklärt keine Feinstruktur und Hyperfeinstruktur in Spektrallinien.
  • 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 eher in elliptischen Bahnen um den Kern als in kreisförmigen Bahnen. Das Sommerfeld-Modell war besser in der Erklärung atomarer spektraler Effekte, wie z. B. des Stark-Effekts bei der Aufteilung von Spektrallinien. Das Modell konnte jedoch die magnetische Quantenzahl nicht aufnehmen.

Letztendlich wurden das Bohr-Modell und die darauf basierenden Modelle 1925 durch das quantenmechanische Modell von Wolfgang Pauli ersetzt. Dieses Modell wurde verbessert, um das moderne Modell herzustellen, 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“. American Journal of Physics . 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: WH Freeman & Co. ISBN 0-486-65622-5.
  • Niels Bohr (1913). „Zur 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): 231–232. doi: 10.1038 / 092231d0

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