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Im Chemie-Unterricht lernst du den Aufbau der Atome. Wie ein Atom aufgebaut ist, wissen wir heute aufgrund der Forschung von vielen unterschiedlichen Menschen, die an Atommodellen gearbeitet haben.
Eines dieser Atommodelle ist das Bohrsche Atommodell.
In diesem Artikel erfährst du, wie der Aufbau des Bohrschen Atommodells aussieht, wie du die Verteilung der Elektronen aus dem Periodensystem herauslesen kannst und welche Schwächen das Bohrsche Atommodell aufweist.
Das Bohrsche Atommodell ist ein Modell zum Aufbau eines Atoms. Es beschreibt, dass die Elektronen eines Atoms den Atomkern in Kreisbahnen umfliegen, die man auch als Schalen bezeichnet. Diese Bahnen besitzen einen festgelegten Radius, weshalb die Elektronen auch nicht mit dem Atomkern zusammenstoßen können.
Das Bohrsche Atommodell beruht auf den bereits vorhandenen Kenntnissen von Rutherford, der das Rutherforsche Atommodell erfand. Er entdeckte die Einteilung des Atoms in Atomkern und Atomhülle.
Niels Bohr führte das Kern-Hülle-Modell schließlich 1913 durch die Quantenvorstellungen fort. Seine Forschung bot Erklärungen für Phänomene, die Rutherford mit seinem Atommodell nicht lösen konnte.
Das Bohrsche Atommodell konnte die Emissionen und Absorptionen von Energiequanten erklären und auch die Frage, weshalb das Elektron nicht mit dem Kern zusammenstößt. Dies schaffte er durch die Quantenvorstellungen.
Das Bohrsche Atommodell beschreibt, dass sich die Elektronen eines Atoms nicht willkürlich um den Atomkern bewegen, sondern auf geregelten Kreisbahnen verlaufen. Im Bohrschen Atommodell gibt es insgesamt vier Kreisbahnen, die als Schalen bezeichnet werden und unterschiedlich viele Elektronen aufnehmen können.
Die Schalen des Bohrschen Atommodells:
Da der Atomkern aus positiv geladenen Protonen besteht und damit die negativ geladenen Elektronen anziehen müsste, stellte sich die Frage, weshalb die Elektronen nie mit dem Atomkern kollidieren.
Bohr schlussfolgerte, dass die Kreisbahnen die Lösung des Problems sein müssen. Die Anziehungskraft durch die Protonen ist demnach genauso stark, wie die Fliehkraft (Zentrifugalkraft) der Elektronen, die durch die Bewegung auf den Schalen zustande kommt.
Das Bohrsche Atommodell basiert darauf, dass Elektronen bestimmte Energiezustände annehmen können und ein möglichst niedriges Energieniveau bevorzugen. Die K-Schale, welche am nächsten am Atomkern liegt, besitzt das niedrigste Energieniveau. Je weiter eine Schale vom Kern entfernt ist, desto höher wird auch das Energieniveau. Aus diesem Grund besetzten die Elektronen zuerst die näher am Kern gelegenen Schalen.
Die Verteilung der Elektronen rund um den Atomkern lässt sich für die verschiedenen Elemente aus dem Periodensystem ablesen. Dafür betrachtet man die Zahl links oben, die sogenannte Ordnungs- oder Kernladungszahl. Diese gibt an wie viele Protonen im Atomkern des jeweiligen Atoms vorhanden sind. Da Atome eines Elements in der Regel neutral sind, gibt die Ordnungszahl indirekt auch die Anzahl der Elektronen im Atom des Elements an.
Nehmen wir nun Magnesium als Beispiel. Im Periodensystem kannst du erkennen, dass die Zahl links oben eine 12 ist. Das bedeutet, um den Atomkern des Elements Magnesium kreisen 12 Elektronen.
Nach dem Bohrschen Atommodell verteilen sich die Elektronen nun also wie folgt auf den Atomkern:
Da die M-Schale in diesem Fall mit zwei Elektronen nicht voll besetzt ist, nennt man sie auch nicht gesättigte Schale. Die Elektronen auf der äußersten Schale bezeichnet man als Valenzelektronen.
Bohr stellte für die Beschreibung der Kreisbahnen Postulate auf. Bei Postulaten handelt es sich um Annahmen, die (noch) nicht bewiesen werden konnten. Die ersten beiden Postulate von Bohr widersprechen den Gesetzen der Elektrodynamik.
Das erste Postulat besagt, dass sich die Elektronen auf Kreisbahnen um den Atomkern herum bewegen. Wenn sich ein Elektron auf einer sogenannten Schale befindet, erzeugt es keine elektromagnetische Strahlung. Das heißt das Elektron gibt keine Energie ab und verändert somit den Abstand zum Atomkern nicht beliebig.
Wenn das Elektron sich auf der Schale bewegt, wird keine Strahlung erzeugt. Allerdings kann ein Elektron zwischen den Schalen springen. Dieser Vorgang wird als Quantensprung bezeichnet und widerspricht dem Gesetz der Elektrodynamik, da kein kontinuierlicher Übergang zwischen den energetischen Zuständen beschrieben wird.
Beim Quantensprung wird elektromagnetische Strahlung abgegeben oder aufgenommen. Die Frequenz dieser Strahlung lässt sich mithilfe der Energiedifferenz zwischen den Schalen berechnen.
h ⋅ f = ΔE
Die Frequenz der Strahlung, die aufgenommen oder abgegeben wurde, nähert sich der Drehzahl des Elektrons an. Diese Annahme gilt nur, wenn die Bewegung des Elektrons zu Beginn nur sehr langsam war und dann in den energetisch nächstgelegenen Zustand springt.
Das Bohrsche Atommodell wurde im Laufe der Zeit immer weiterentwickelt. Einige der Schwächen des Bohrschen Atommodells waren bereits bei der Entstehung des Modells bekannt, andere wurden erst später entdeckt und verbessert.
Vor allem die Postulate des Bohrschen Atommodells stehen in der Kritik, da sie einfache Annahmen ohne wissenschaftliche Nachweise sind. Zudem widersprechen sie der klassischen Elektrodynamik.
Auch einige weitere Kritikpunkte bezüglich des Bohrschen Atommodells sind bekannt:
Trotz all der Schwächen des Bohrschen Atommodells, lassen sich auch in heutigen Atommodellen Aussagen von Bohr finden. Das Bohrsche Atommodell lieferte die Grundvorstellung für die heutigen Nachfolger des Atommodells.
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