Select your language

Suggested languages for you:
Log In Anmelden
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Die All-in-one Lernapp:

  • Karteikarten
  • NotizenNotes
  • ErklärungenExplanations
  • Lernpläne
  • Übungen
App nutzen

Atommodell

Save Speichern
Print Drucken
Edit Bearbeiten
Melde dich an und nutze alle Funktionen. Jetzt anmelden
Atommodell

Die Frage, wie unsere Welt aufgebaut ist, beschäftigt die Menschheit schon seit langer Zeit. Auf der Suche nach Antworten entstanden nach und nach viele verschiedene Modelle zum Atomaufbau. In diesem Artikel findest Du eine Übersicht über die wichtigsten Atommodelle, ihre Entdecker und deren Theorien.

Atommodelle – Erklärung, Übersicht und Liste

Ein Atommodell ist der Versuch, sich den Aufbau von Atomen vorzustellen. Zu den bekanntesten Modellen zählen die Atommodelle nach Demokrit, Dalton, Thomson, Rutherford sowie Bohr und schließlich das heutige quantenmechanische Modell.

Einen ersten Überblick über die Atommodelle erhältst Du hier:

AtommodellZeit und Entdecker/ HauptvertreterWichtigste Kernaussage/ Neuerung
Atommodell nach Demokrit5. Jhd. v. Chr.Demokritos von AbderaDer kleinste, nicht weiter zerteilbare Baustein ist das Atom.
Atommodell nach Dalton1808John DaltonAtome sind eine begrenzte Anzahl an Teilchen: die Elemente.
Atommodell nach Thomson1903J. J. ThomsonAtome können weiter unterteilt werden: in eine positive Ladungsmenge und kleine negative Teilchen (Elektronen).
Atommodell nach Rutherford1909–1911Ernest RutherfordEin Atom besteht aus einem sehr kleinen Atomkern und einer Atomhülle.
Atommodell nach Bohr1913Niels BohrDie Elektronen können nur auf bestimmten Bahnen um den Kern kreisen.
Orbitalmodell1928Erwin SchrödingerEin mathematisches Modell zu den Aufenthaltswahrscheinlichkeiten der Elektronen im Atom.
Kugelwolkenmodell1956George Elbert KimbaliEine Vereinfachung des Orbitalmodells mit kugelförmigen Wahrscheinlichkeitsräumen.

Nachfolgend findest Du zu jedem Atommodell eine kurze Beschreibung und eine Skizze zur Veranschaulichung.

Wenn Du mehr Details zu einem Modell erfahren möchtest, kannst Du Dir die entsprechenden Artikel dazu durchlesen.

Das Atommodell nach Demokrit

Bereits im fünften Jahrhundert vor Christus vertraten der griechische Philosoph Demokrit und sein Lehrer Leukipp die Ansicht, es gäbe winzige Teilchen, aus denen unsere Welt aufgebaut ist. Sie nannten diese Teilchen Atome.

Das Atommodell nach Demokrit geht davon aus, dass Atome die kleinsten, nicht weiter zerteilbaren Bausteine der Materie sind.

Die Bezeichnung Atom leitet sich vom griechischen Wort atomos ab, was so viel wie "unteilbar" bedeutet.

Laut Demokrit können unendlich viele Atome existieren. Trotz unterschiedlicher Formen bestehen alle Atome seiner Ansicht nach aus derselben Ursubstanz.

Die Formen der Atome entsprechen dabei geometrischen Körpern, wie Du in der nachfolgenden Abbildung sehen kannst. Über chemische Bindungen wusste Demokrit nur, dass sich Atome auf irgendeine Weise verbinden können. Daher sind diese Verbindungen im Modell durch die kleinen Haken symbolisiert.

Atome waren nach Demokrits Atomtheorie schon immer vorhanden. Sie bewegten sich im Raum, schwere Atome weiter unten als leichte. Durch Zusammenstöße ist seiner Theorie nach unsere Welt entstanden. Die Bewegung und auch die Eigenschaften der Atome wurden nicht nach ihrer Ursache hinterfragt, denn Demokrit setzte Atome als ewig existent voraus.

Demokrits Modell der Atome wurde über einen sehr langen Zeitraum nicht infrage gestellt, erst Dalton stellte eine neue Atomtheorie auf.

Das Atommodell nach Dalton

Mehr als 2.000 Jahre vergingen, bis jemand das Modell von Demokrit weiterentwickelte. 1808 veröffentlichte John Dalton seine Hypothese zum Atombau, welche die Atome weiterhin als unteilbare, kleinste Bausteine der Materie behandelte. Neu war allerdings, dass er verschiedene Elemente mit einbezog.

Das Atommodell nach Dalton geht davon aus, dass Materie aus Atomen besteht. Diese können nicht weiter geteilt werden. Es gibt allerdings verschiedene Atome: die Elemente.

Ein Element unterscheidet sich von einem anderen hinsichtlich Form und Größe der Atome. Innerhalb eines Elements waren jedoch alle Atome gleich.

Bei chemischen Versuchen fiel immer wieder auf, dass es einige Stoffe gab, die sich leicht zerlegen ließen. Andere Stoffe hingegen entstanden immer wieder als Produkte dieser Zerlegungen. Sie ließen sich auch nicht durch weitere Versuche in kleinere Einheiten aufbrechen.

Daher stellte Dalton die Theorie auf, dass es einige bestimmte Atome geben muss, die wie Bausteine für andere Materie sind. Atome konnten also nicht in beliebig vielen Formen existieren, sondern es gab nur eine bestimmte Anzahl dieser Grundbausteine: die sogenannten Elemente.

Mehr dazu kannst Du im Artikel "Dalton Atommodell" nachlesen.

Materie setzt sich nach Daltons Theorie also aus einer Mischung der verschiedenen Elemente zusammen. Die einzelnen Elemente unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Masse und ihres Volumens, während die Atome eines Elements alle gleich sind.

Auch heute noch sprechen wir von verschiedenen Elementen. Die Anzahl der Elemente ist begrenzt auf das Periodensystem:

Atommodelle Periodensystem StudySmarterAbbildung 2: Periodensystem der Elemente (PSE)Quelle: wikipedia.de

Stoffe, die aus mehreren Elementen zusammengesetzt sind, werden als Moleküle bezeichnet.

Wenn Du mehr zu diesem Thema erfahren möchtest, kannst Du Dich in den entsprechenden Artikel zum Periodensystem reinlesen.

Demnach konnte Dalton mit seinem Modell erklären, wieso bei chemischen Prozessen immer eine bestimmte Auswahl an Teilchen übrig blieb. Was Dalton jedoch nicht erklären konnte war, was genau bei diesen Prozessen passierte. Die Frage, wie die Elemente sich zu neuen Verbindungen vereinten, blieb zunächst ungeklärt.

Einige Aussagen des Dalton Modells stimmen mit der heutigen Ansicht überein: Dass Atome näherungsweise eine kugelförmige Gestalt besitzen und dass sie sich in Masse und Volumen unterscheiden. Daltons Annahmen, dass Atome nicht weiter zerteilt werden können und auch dass Atome eines Elements immer gleich sind, konnten dagegen bereits widerlegt werden.

Wieso können Atome eines Elements unterschiedlich sein?

Es gibt sogenannte Isotope. Sie gehören zum selben Element, das heißt, sie haben dieselbe Ordnungszahl, unterscheiden sich aber in ihrer Massezahl voneinander.

So hat beispielsweise Wasserstoff folgende Isotope:

  • (Protium): Der Grundzustand des Elements besteht aus einem Proton und einem Elektron.
  • (Deuterium): Das Isotop des Wasserstoffs, auch schweres Wasser genannt, besteht ebenfalls aus einem Proton und einem Elektron, und einem zusätzlichen Neutron.
  • (Tritium): Dieses Isotop besteht auch aus einem Proton und einem Elektron. Zusätzlich hat Tritium zwei Neutronen im Kern.

Du siehst, an der Anzahl der Ladung ändert sich nichts: die Isotope eines Elements besitzen dieselbe Anzahl an Protonen und Elektronen. Sie beinhalten allerdings unterschiedlich viele Neutronen (neutral geladene Teilchen im Atomkern). Durch die Neutronen ändert sich die Masse des Atoms und damit seine Massezahl.

Mehr zu diesem Thema erfährst Du im Artikel zum Isotop.

Im Widerspruch zu Daltons und Demokrits These, dass Atome unteilbar seien, steht das Atommodell von Thomson.

Das Atommodell von Thomson

1903 veröffentlichte J. J. Thomson ein Modell, das gemeinhin als Rosinenkuchenmodell bekannt wurde. Thomson hatte sechs Jahre zuvor im Experiment mit Kathodenstrahlung die Existenz eines Teilchens nachgewiesen, das in sämtlichen Atomen vorkommt: das Elektron.

Das Atommodell nach Thomson geht davon aus, dass ein Atom weiter zerteilbar ist. Es besteht aus Elektronen (negativ geladen), die sich in einer positiven Ladungsmenge aufhalten. Die Elektronen machen hierbei nahezu die gesamte Masse des Atoms aus.

Wie Du Dir das Modell von Thomson vorstellen kannst, siehst Du in der nachfolgenden Abbildung:

Hier erkennst Du die einzelnen Elektronen, die in der gesamten positiven Ladungsmenge gewissermaßen schwimmen. Das Modell wird aufgrund dieser Darstellung auch als "Rosinenkuchenmodell" bezeichnet. Die Elektronen bilden dabei nahezu die gesamte Masse des Atoms, während die positive Ladung den Großteil des Volumens ausmacht und dabei fast masselos ist.

Somit widerlegte Thomson mit seinem Modell die bisherige Annahme, dass Atome unteilbar seien und den kleinsten Baustein darstellten. Doch auch Thomsons Modell schien einen Haken zu haben: Ein Wasserstoffatom müsste nach seiner Theorie bereits aus mehr als 1.800 Elektronen bestehen und das schien ihm nicht möglich.

Doch wie kommt Thomson zu dieser Annahme?

Laut seiner Theorie beinhalten die Elektronen nahezu die gesamte Masse des Atoms. Die Masse des Wasserstoffatoms und die Masse eines Elektrons waren Thomson bekannt. Daher konnte er abschätzen, dass über 1.800 Elektronen im Wasserstoffatom existieren müssten. Spätere Versuche mit Röntgenstrahlung zeigten Thomson aber, dass nur in etwa so viele Elektronen in einem Atom existieren konnten, wie die Massezahl des Atoms angab.

Die Unterscheidung von Elektronen und positiver Ladungsmenge konnte Ernest Rutherford mit seinem Modell nur wenige Jahre später genauer beschreiben.

Das Atommodell nach Rutherford

Die Weiterentwicklung zum Kern-Hülle-Modell erfolgte in den Jahren 1909 bis 1911 durch Ernest Rutherford. Mit einem Versuch konnte Rutherford die Annahme der Ladungsverteilung im Atommodell nach Dalton widerlegen.

Das Atommodell nach Rutherford geht davon aus, dass Atome aus einem kleinen, massereichen Atomkern bestehen. Die Elektronen bewegen sich in einer großen Hülle um diesen Atomkern.

Sein neues Atommodell begründete Rutherford mit den Ergebnissen eines Streuversuchs. Dabei wurde eine Goldfolie mit Alphateilchen beschossen.

Alphateilchen sind positiv geladene Heliumkerne, die z. B. beim radioaktiven Zerfall von Radium entstehen.

Rutherford erwartete, dass die Teilchen nach dem Atommodell von Thomson die Goldfolie passieren müssten, ohne abgelenkt zu werden. Die großflächige positive Ladungsmasse, die zudem als nahezu masselos galt, sollte die im Vergleich dazu schweren Alphateilchen nicht beeinflussen können.

Die Beobachtungen des Versuchs widerlegten diese Theorie jedoch. Rutherford konnte feststellen, dass einige Teilchen leicht abgelenkt wurden und manche sogar reflektiert wurden. Dieses Ergebnis konnte er sich nur damit erklären, dass die positive Ladung im Atom auf einen sehr kleinen Punkt konzentriert sein musste. So kam Rutherford zu seiner Theorie, dass ein Atom aus einem Atomkern und einer Hülle besteht.

Das Prinzip seines Modells ist in der nachfolgenden Abbildung veranschaulicht: Der Atomkern ist sehr klein und enthält nahezu die gesamte Masse des Atoms. Die Elektronen hingegen bewegen sich in einer (im Vergleich zum Kern) sehr großen Hülle.

Genaueres zum "Rutherford Atommodell" erfährst Du im entsprechenden Artikel.

Ein Schwachpunkt dieser Theorie ist, dass die Elektronenbewegung in der Hülle mit dem Rutherfordschen Modell nicht erklärt werden kann. Die Grundstruktur des Atoms mit Atomkern und Hülle hat dafür bis heute Bestand.

Bohrsches Atommodell

Auch wenn Rutherford die Ergebnisse seines eigenen Versuchs mit dem neuen Modell erklären konnte, gab es Experimente, deren Ergebnisse nicht mit seinem Modell vereinbar waren.

Ausschlaggebend für die Entwicklung eines neuen Atommodells durch Niels Bohr war die Entdeckung diskreter Emissionsspektren. Beispiele für ein solches Spektrum siehst Du hier:

Atommodelle Emissionsspektrum Bohrsches StudySmarterAbbildung 5: Emissionsspektren Quelle: schnoegl.at

Die bunten Linien stellen die emittierte Strahlung der Atome dar. Je nach Energiegehalt der Strahlung besitzt sie eine unterschiedliche Wellenlänge. Die Wellenlänge bestimmt die Farbe des für den Menschen sichtbaren Lichts. Die Farben in der Abbildung entsprechen also den Wellenlängen der ausgesandten Strahlung.

Da zwischen den Linien gewissermaßen nichts zu sehen ist, werden mit diesen Wellenlängen keine Photonen ausgesandt.

Bohr stellte also fest, dass Atome nur bestimmte Wellenlängen aussenden können. Die Hauptaussage seines 1913 aufgestellten Atommodells war daher folgende: Elektronen können sich nur auf bestimmten Bahnen (Energieniveaus) im Atom bewegen.

Das Bohrsche Atommodell geht von bestimmten Energieniveaus (Bahnen/Schalen) im Atom aus, auf denen die Elektronen ohne Energieverlust kreisen können. Beim Wechsel zwischen zwei Bahnen können nur Energien, die der Energiedifferenz der Bahnen entsprechen, absorbiert oder emittiert werden.

Wird einem Atom Energie zugeführt, gibt es diese in Form von Photonen wieder ab. Die abgestrahlten Photonen können dabei nur einige bestimmte Wellenlängen besitzen, die von der Atomart abhängen. Bohr erklärte dieses Phänomen damit, dass die Elektronen im Atom nur bestimmte Energieniveaus (Kreisbahnen) annehmen können und daher nur Photonen mit bestimmten Energien aussenden.

Ein Photon ist ein masseloses Teilchen, das zum Energietransport dient.

Wird einem Atom Energie zugeführt, wird ein Elektron in einen höheren Energiezustand angehoben. Fällt das Elektron später wieder in seinen Ausgangszustand zurück, wird dieselbe Energie erneut frei. Ein Photon als Energieträger wird ausgesandt.

In der nachfolgenden Abbildung siehst Du das Schalenmodell nach Bohr und wie ein Elektron darin seine Schale wechselt.

Die Energie des Photons kann also keine beliebigen Werte annehmen, sondern nur Werte, die als Energiedifferenz zweier Schalen entstehen können. Das erklärt laut Bohr die diskreten Linien im Emissionsspektrum. Dass die Elemente verschiedene Emissionsspektren besitzen, führt Bohr darauf zurück, dass jedes Element aus Schalen mit anderen Energieniveaus besteht.

Damit trifft das Bohrsche Atommodell erstmals Aussagen über die Anordnung der Elektronen im Atom. Jedoch liefert es keine Erklärung dafür, wieso Elektronen auf diesen Bahnen kreisen können, ohne dabei aufgrund der stetigen Richtungsänderung Energie zu verlieren. Bohr nahm einfach an, dass sich die Elektronen auf diesen bestimmten Kreisbahnen ohne Energieverlust bewegen konnten.

Quantenmechanisches Atommodell (Schrödinger)

Mit den Arbeiten von Schrödinger, Heisenberg und Born erfolgten große Fortschritte in der Quantenphysik. Mit ihren Kenntnissen wurde die Grundlage einer neuen Atomtheorie geschaffen. Das bisherige Modell von Bohr mit seinen Kugelschalen bedurfte einer Erweiterung. So gelangte man von den Schalen im Atom zu sogenannten Atomorbitalen.

Atomorbitale als Atommodell

In der Quantenmechanik wurde der Atomaufbau erstmals mit mathematischen Modellen beschrieben, die man sich nicht mehr so einfach grafisch vorstellen konnte. Sie lösten dafür das Problem, dass Bohrs Kugelschalen mit der Bewegung der Elektronen quantenmechanisch nicht erklärt werden konnten.

Die Orbitaltheorie geht davon aus, dass sich die Elektronen in Wahrscheinlichkeitsräumen aufhalten. Im Orbitalmodell lassen sich die genauen Aufenthaltsorte der Elektronen nur schwer bestimmen. Statt eines genauen Ortes kann nur der Raum bestimmt werden, in dem sich das Elektron mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 (100 %) befinden muss.

Das Orbitalmodell ist ein mathematisches Modell, das die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten eines Elektrons im Atom beschreibt.

Je nach Anzahl der Elektronen im Atom werden Orbitale durch andere mathematische Funktionen beschrieben.

Wie diese Orbitale dann veranschaulicht werden, siehst Du in der nachfolgenden Grafik. Jedes Atom wird dabei durch verschiedene Quantenzahlen, wie in der unten stehenden Grafik n und m, beschrieben. Sie charakterisieren in der Quantenmechanik die Eigenschaften von Teilchen.

Somit sind die Vorstellungen der Atomorbitale sehr komplex. In der Chemie wird daher oft mit dem Bohrschen Modell gearbeitet, da es einfacher ist und für die meisten Anwendungszwecke ausreicht. In der Quantenmechanik dagegen, muss man mit dem komplexeren Modell vorlieb nehmen, da das Modell von Bohr quantenmechanische Effekte nicht erklären kann.

Das Kugelwolkenmodell

Das Kugelwolkenmodell ist die vereinfachte, vorwiegend in der Schule verwendete Version des Orbitalmodells.

Alle Einzelheiten zu diesem Modell findest Du im Artikel zum Kugelwolkenmodell.

Das Kugelwolkenmodell ist die vereinfachte Version des Orbitalmodells. Die Aufenthaltsräume werden als kugelförmige Elektronenwolken beschrieben. Hier werden die komplexen Räume zu vorstellbaren Formen umgewandelt.

In chemischen Bindungen überlappen sich nun zwei dieser Wolken, die zuvor jeweils nur mit einem Elektron gefüllt sind. Durch das Überlappen erreichen beide Atome den Wunschzustand mit einer vollständig gefüllten Wolke. Sie teilen sich also die Elektronen: Aus zwei einzelnen Elektronen werden zwei gemeinsame Elektronen.

In der nachfolgenden Abbildung siehst Du das Kugelwolkenmodell des Kohlenstoffs (C). Die rote Kugel ist der Atomkern und die blauen Kugeln stellen die Kugelwolken dar, in denen sich die Elektronen aufhalten.

Das Kugelwolkenmodell übernimmt dabei die wichtigsten Funktionen des Orbitalmodells, aber vereinfacht dabei die komplexe räumliche Anordnung. Die meisten Phänomene lassen sich mit diesem Modell erklären, da es die relevantesten Eigenschaften anderer Modelle vereint. Für komplexere Zusammenhänge und aktuelle Forschungsthemen, besonders in der Quantenmechanik, ist jedoch das Orbitalmodell unerlässlich.

Atommodell - Das Wichtigste

  • Atommodelle dienen der Beschreibung des Atomaufbaus
  • Demokrit (5.Jh. v. Chr.): Er führte das Atom als kleinste, unteilbare Einheit ein.
  • Dalton (1808): In seinem Modell wurden Atome auf bestimmte Elemente begrenzt. Nur diese Elemente waren unteilbar.
  • Thomson (1903): Die bisherigen Modelle des Atoms als unteilbarer Baustein wurden widerlegt. Thomson führte die Elektronen ein, die sich in der positiven Ladungsmenge bewegen (Rosinenkuchenmodell). Elektronen machen dabei die Masse des Atoms aus.
  • Rutherford (1909): Mit seinem Streuversuch zeigte Rutherford, dass die positive Ladungsmenge in einem sehr kleinen Atomkern konzentriert ist, der von einer großen Hülle umgeben ist. Der massereiche Atomkern wird von den leichten Elektronen in der Hülle umgeben.
  • Bohr (1913): Das Bohrsche Modell spricht von bestimmten Bahnen (Energieniveaus), auf denen sich die Elektronen in der Hülle aufhalten können. Beim Wechsel zwischen den Bahnen werden Energieportionen emittiert/absorbiert, die genau der Energiedifferenz der Energieniveaus entsprechen.
  • Orbitalmodell: Für eine quantenmechanische Betrachtung des Atomaufbaus wurde das Orbitalmodell entwickelt. Es gibt mathematische Modelle für Wahrscheinlichkeitsräume vor, in denen sich die Elektronen befinden. Die Orbitale sind sehr abstrakt und werden auch nur in der Quantenmechanik benötigt.
  • Kugelwolkenmodell: Für die Chemie und einfache physikalische Betrachtungen reicht das Kugelwolkenmodell aus. Es ist eine Vereinfachung des Orbitalmodells, das von kugelförmigen Räumen ausgeht, in denen sich die Elektronen aufhalten. Mit diesem und dem Orbitalmodell können erstmals chemische Bindungen einfach erklärt werden.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Atommodell

Die wichtigsten Modelle, deren Theorien die Grundlage des heutigen Orbital- bzw. Kugelwolkenmodells bilden, waren die Modelle von Demokrit, Dalton, Thomson, Rutherford und Bohr.

Das heutige Modell ist das Orbitalmodell. Vereinfachte Modelle wie das Kugelwolkenmodell und das Bohrsche Modell werden daneben häufig für viele Zwecke benutzt.

Durch physikalische und chemische Experimente wurden immer wieder neue Beobachtungen gemacht, die zur Weiterentwicklung der Atommodelle führten. So gelangten wir vom atomos zu Elektronen in komplexen Aufenthaltsräumen.

Demokrit ging davon aus, dass das Atom unteilbar war. Es gab unendlich viele Atome und sie konnten verschiedene Formen annehmen, die geometrischen Körper entsprachen.

Finales Atommodell Quiz

Frage

Wodurch können Atome angeregt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Atome können durch Stöße mit Photonen, Elektronen oder Atomen angeregt werden

Frage anzeigen

Frage

Was gilt bei der Anregung von Atomen durch Stöße?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Eine Anregung mit Photonen ist nur möglich, wenn die Photonenenergie exakt einer charakteristischen Anregungsenergie ΔE des Atoms entspricht. 
  • Eine Anregung mit Teilchen (Elektronen, Atomen) ist auch möglich, wenn die kinetische Energie des stoßenden Teilchens größer als ΔE ist. Der Überschuss verbleibt dem stoßenden Teilchen als kinetische Energie.
  • Bei Bestrahlung eines Atoms mit Licht aus einem kontinuierlichen Spektralbereich (Schwarzkörperstrahlung) werden die für dieses Atom charakteristischen Energien absorbiert. Man erhält das Absorptionsspektrum des Atoms
Frage anzeigen

Frage

Was passiert mit einem angeregten Atom?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Ein angeregtes Atom verharrt kurz im angeregten Zustand und kehrt dann unter Abgabe eines Photons der Energie ΔE = h ⋅ f in den Ausgangszustand zurück. Die Gesamtheit des emittierten Lichts bildet das Emissionsspektrum des Atoms. 
Frage anzeigen

Frage

Was sind Absorptions- und Emissionsspektren?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Absorptions- und Emissionsspektren sind Linienspektren: Die Frequenz- / Energieverteilung der absorbierten bzw. emittierten Photonen ist diskret. Trägt man die Intensität des Lichts gegen die Frequenz auf, erscheinen diese Photonen als Peaks (Emissionsspektrum) bzw. als schwarze Linien (Absorptionsspektrum, z. B. Fraunhoferlinien).
Frage anzeigen

Frage

Was spiegeln Linienspektren wieder? 

Antwort anzeigen

Antwort

Linienspektren spiegeln die diskret verteilten Energiezustände der Atomhülle wider. Diese lassen sich aus den experimentell ermittelten Spektren (Messung von f bzw. λ) aus den Differenzen der Energiezustände berechnen: 


Frage anzeigen

Frage

Was ist das Energieniveauschema des Wasserstoffatoms?

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Wie heißt die grafische Auftragung der Energiezustände?

Antwort anzeigen

Antwort

Energieniveauschema

Frage anzeigen

Frage

Wie sieht ein Energieniveauschema aus?

Antwort anzeigen

Antwort


Frage anzeigen

Frage

Was ist das Ziel eines Atommodells?

Antwort anzeigen

Antwort

Theoretische Begründung zentraler, empirisch festgestellter Atomeigenschaften

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Atom? 

Antwort anzeigen

Antwort

„Atome“ sind die kleinsten, mit chemischen Mitteln nicht mehr teilbaren Bausteine der Materie.

Frage anzeigen

Frage

Woraus bestand das Dalton Atommodell?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Jedes chemische Element besteht aus Atomen. 
  • Alle Atome eines bestimmten chemischen Elements haben untereinander die gleiche Masse und Größe.
  • Masse und Größe der Atome zweier verschiedener Elemente unterscheiden sich in charakteristischer Weise voneinander.
  • Die Atome gleicher oder verschiedener chemischer Elemente können sich zu Verbindungen zusammenlagern.
Frage anzeigen

Frage

Bewerte das Atommodell von Dalton (1808)

Antwort anzeigen

Antwort

Positiv: Verständnis chemischer Reaktionen (Gesetze der Massenerhaltung, Gesetze der konstanten und der multiplen Proportionen)


Negativ: keine ausreichende Erklärung physikalischer (speziell: elektrischer und magnetischer) Eigenschaften

Frage anzeigen

Frage

Woraus bestand das Atommodell von Thomson (1904)?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Mechanisches Modell: Atome werden als kugelförmige, ideal elastische Gebilde aufgefasst (∅ ca. 10 –10 m).
  • Ein Atom besteht aus einer homogen verteilten, positiv geladenen Masse. In diese sind sehr viel kleinere Kugeln mit negativer Ladung – die Elektronen – eingebettet und durch elektrostatische Kräfte an bestimmte Ruhelagen gebunden.
  • Die Anzahl der Elektronen ist so groß, dass ihre gesamte negative Ladung der positiven des übrigen Atoms gleich ist (Atom elektrisch neutral)


Frage anzeigen

Frage

Bewerte das Atommodell von Thomson

Antwort anzeigen

Antwort

Positiv: Erklärung grundlegender elektrischer Eigenschaften der Materie


Negativ:  Widerlegung der angenommenen Homogenität durch Lenards Streuversuch (Elektronen werden durch Materie viel weniger absorbiert als nach Thomson-Modell erwartet.) Widerlegung der angenommenen Homogenität durch Lenards Streuversuch (Elektronen werden durch Materie viel weniger absorbiert als nach Thomson-Modell erwartet.)

Frage anzeigen

Frage

Woraus bestand das Atommodell von Rutherford?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Ein Atom besteht aus einem positiv geladenen Atomkern (∅ ca. 10^-14m), der nahezu die gesamte Masse enthält.
  • Den Atomkern umkreisen Elektronen nach Art eines Planetensystems (Kräftebilanz der Kreisbewegung: F Coulomb = F Zentripetal)
  •  Die Elektronen neutralisieren die positive Ladung des Kerns.→ Atom nach außen hin elektrisch neutral
  • Die Elektronenhülle bestimmt den Durchmesser des Atoms (ca. 10^-10 m).


Frage anzeigen

Frage

Bewerte das Atommodell von Rutherford

Antwort anzeigen

Antwort

Positiv: 

  • Erklärung der Ergebnisse von Streuversuchen
  • Identifizierung der Ordnungszahl im Periodensystem der Elemente als Kernladungszahl


Negativ: 

  • Atome sind instabil kreisende Elektronen e– = beschleunigte Ladungen
    → Abstrahlung elektromagnetischer Energie
    → e– stürzen auf Spiralbahnen in den Kern.
  • Linienspektren der Atome sind nicht erklärbar (wenn e– spiralig in den Kern stürzen, müssten Atome Licht kontinuierlich abnehmender Wellenlänge aussenden).
  • Für den Elektronenbahnradius erlaubt das Modell beliebige Werte.
    → Widerspruch zur Erfahrungstatsache, dass alle Atome eines chemischen Elements gleichen Hüllenradius besitzen
Frage anzeigen

Frage

Woraus bestand das Bohr'sche Atommodell (1913)?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Der positiv geladene Atomkern wird von Elektronen auf diskreten konzentrischen Kreisbahnen („Schalen“) ohne Abgabe von Energie, also strahlungsfrei, umrundet.
  • Beim Übergang der Elektronen zwischen zwei Bahnen (Schalen) wird elektromagnetische Strahlung absorbiert bzw. emittiert.
Frage anzeigen

Frage

Was sind die Bohr'schen Postulate?

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Leite im Rahmen des Bohr’schen Atommodells die folgende Formeln für Kernabstand und Geschwindigkeit des Hüllelektrons der Energie En im Wasserstoffatom her.


Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Führe die Rydberg-Konstante auf Naturkonstanten zurück.

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Was sind die Vorzüge des Bohr'schen Atommodells?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Es erklärt alle Emissions- und Absorptionsvorgänge richtig als Energieänderungen der Hüllelektronen.
  • Es lassen sich damit die Serienformel und somit die Energiestufen des Wasserstoffemissionsspektrums theoretisch herleiten.
  • Die Rydbergkonstante R und die Ionisierungsenergie E(ion) = R * h *c  des H-Atoms lassen sich durch Naturkonstanten ausdrücken. 
  • Der Durchmesser 2r des H-Atoms wird größenordnungsmäßig richtig bestimmt.
  • Die Spektren wasserstoffähnlicher Atome und Ionen lassen sich damit relativ genau berechnen.
  • Das Moseley-Gesetz lässt sich damit theoretisch herleiten.
Frage anzeigen

Frage

Was sind Mängel des Bohr'schen Atommodells?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Die Bohr’schen Postulate sind im Rahmen der klassischen Physik unverständlich und erscheinen willkürlich.
  • Die Bohr’sche Theorie führt zu Widersprüchen, wenn man sie auf Mehrelektronensysteme anwendet
  • Die Gestalt des Wasserstoffatoms ist im Bohr’schen Modell eine Scheibe, keine Kugel.
  • Das Bohr’sche Modell kann keine Aussagen über die Intensität oder die Polarisation der vom Wasserstoffatom emittierten Strahlung machen.
  • Das Bohr’sche Modell liefert die magnetischen Eigenschaften der Atome nicht richtig.
  • Der klassische Begriff „Bahn“ setzt eine genaue Kenntnis des Ortes (also Δx = 0) und eine genaue Kenntnis des Impulses (also Δpx = 0) zur gleichen Zeit voraus. Dies widerspricht der Heisenberg’schen Unschärferelation
Frage anzeigen

Frage

Bewerte das Bohr'sche Atommodell

Antwort anzeigen

Antwort

Erstes „quantisiertes“ Atommodell, das wesentliche experimentell gefundene Eigenschaften des Wasserstoffatoms und wasserstoffähnlicher Atome qualitativ und teilweise quantitativ erklärt. Eine allgemeingültige Beschreibung des Atombaus gelingt damit nicht.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Vorgänge an einem eindimensionalen Potenzialtopf der Breite L mit unendlich hohen Wänden

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Was sind die Kernaussagen von Schrödingers Wellenmechanik?


Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Wie kann die Zustandsfunktionen ψn(x) interpretiert werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Bewerte das Modell des eindimensionellen Potenzialtopfs

Antwort anzeigen

Antwort

Das stark vereinfachte Modell des eindimensionalen Potenzialtopfs beschreibt die Quantensprünge zwar prinzipiell richtig; die Abhängigkeit der Energie von der Quantenzahl ( E~n²) stimmt aber nicht mit dem experimentell bestimmten Zusammenhang für das Wasserstoffatom (E~1/n²) überein.


Grund: Potenzialverläufe unterscheiden sich zu stark (Kastenpotenzial <-> Coulomb-Potenzial)

Frage anzeigen

Frage

Was sind die Merkmale des verbesserten Potenzialmodells (eindimensionaler Potenzialtopf der Breite L mit endlich hohen und endlich dicken Wänden)?

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Benzaurin ist ein organischer Farbstoff. In einem Benzaurinmolekül bewegen sich 12 Elektronen praktisch frei entlang einer Kohlenwasserstoffkette, ohne das Molekül zu verlassen. Ihr Verhalten kann näherungsweise durch das Modell des eindimensionalen Potenzialtopfs der Breite L = 1,48 nm beschrieben werden. Im Grundzustand sind die tiefsten Energieniveaus mit je 2 Elektronen besetzt. Bestimme die Farbe des beim Übergang vom Grundzustand in den ersten angeregten Zustand absorbierten Lichts.

Antwort anzeigen

Antwort

12 Elektronen besetzen im Grundzustand die unteren 6 Energieniveaus, es geht also um den Übergang zwischen 6. und 7. Niveau.


Frage anzeigen

Frage

Bewerte die Abhängigkeit der Nullpunktsenergie von der Breite L des Potenzialtopfes. Stelle einen Zusammenhang zur Heisenberg’schen Unbestimmtheitsrelation her.

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Was sind die Eigenschaften von Elektronen im Coloumbpotenzial?

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Was sind Mehrelektronensysteme?

Antwort anzeigen

Antwort

Atom mit mindestens 2 Hüllelektronen

Frage anzeigen

Frage

Was sind die 4 Quantenzahlen zur Beschreibung von Mehrelektronensystemen?

Antwort anzeigen

Antwort

4 Quantenzahlen: n, l , m und die Spinquantenzahl s (kann nur die Werte 1 + 2 und 1 − 2 annehmen)

Frage anzeigen

Frage

Was ist das Pauli-Prinzip (Ausschließungsprinzip)?

Antwort anzeigen

Antwort

In einem Atom dürfen keine zwei Hüllelektronen in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Folgerung des Pauli-Prinzips?

Antwort anzeigen

Antwort

Die maximale Zahl z der Elektronen, die alle Zustände zur gleichen Hauptquantenzahl n besetzen können, beträgt z = 2n²

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe den Aufbau des Periodensystems der Elemente

Antwort anzeigen

Antwort

Ordnungsprinzip Kernladungszahl Z: Atomorbitale (n;m) werden von „links oben“ nach „rechts unten“ unter Berücksichtigung des Pauli-Prinzips aufgefüllt (Z und damit Zahl der Hüllelektronen steigt an)

  • Periode → „Elektronenschale“ zur Hauptquantenzahl n → 2n² Elektronen in n-ter Periode 
  • Gruppe → gleicher Besetzungsgrad bestimmter Schalen; Hauptgruppe: äußerste Schale (Valenzelektronen) Nebengruppen: innere Schalen
    → Zahl der Valenzelektronen bestimmt Chemie (Elemente einer Gruppe verhalten sich chemisch ähnlich)
Frage anzeigen

Frage

Wie wird Röntgenstrahlung erzeugt? 

Antwort anzeigen

Antwort

  • Evakuierter Hartglaszylinder mit Glühkathode und einer massiven Anode (Antikathode)
  • Durch Glühemission werden Elektronen freigesetzt und durch die Hochspannung UB (≈10 kV bis 1 MV) beschleunigt.
  • Aufprall der Elektronen auf die Anode → Röntgenstrahlen
  • Kühlung der Anode erforderlich, da ein Großteil der kinetischen Energie der Glühelektronen nicht in Röntgenstrahlung, sondern in Wärme verwandelt wird.


Frage anzeigen

Frage

Beschreibe das Röntgenemissionsspektrum

Antwort anzeigen

Antwort

Kontinuierliches Spektrum:

  • Bremsspektrum, das durch Abbremsen der Glühelektronen beim Auftreffen auf die Anode entsteht
  • Die kurzwellige Grenze des Spektrums ist durch die maximale Elektronenenergie und damit durch die Größe der Beschleunigungsspannung bestimmt.

Linienspektrum:

  • dem Bremsspektrum überlagert; entsteht durch Anregung der Atome des Anodenmaterials
  • charakteristisch für das Anodenmaterial
Frage anzeigen

Frage

Welche zwei typischen Linien weißt das Linienspektrum bei Röntgenstrahlung auf?

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Was sagt das Moseley Gesetz aus?

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Was lässt sich mithilfe des Moseley-Gesetzes identifizieren?

Antwort anzeigen

Antwort

Mithilfe des Moseley-Gesetzes lässt sich ein Material über seine Kernladungszahl identifizieren.


Frage anzeigen

Frage

Zeige, dass für die Grenzwellenlänge des Bremsspektrums einer Röntgenröhre gilt:

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Was ist der Franck-Hertz Versuch? 

Antwort anzeigen

Antwort

Elektronen werden nach Glühemission in einem verdünntem Gas (z. B. Hg-, Na-, Ne-Dampf) beschleunigt. Gemessen wird die Stromstärke IB in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung UB. Die geringe Gegenspannung UG verhindert, dass Elektronen mit sehr kleiner Energie die Platte B erreichen



Frage anzeigen

Frage

Was ist das Ergebnis des Frank Hertz Versuchs?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Messkurve weist periodisch lokale Strommaxima und -minima auf.

Frage anzeigen

Frage

Wodurch lässt sich das Ergebnis des Franck Hertz Versuchs erklären?



Antwort anzeigen

Antwort

  • Erhöhung von UB vergrößert grundsätzlich die Anzahl der Elektronen, welche die Platte erreichen → IB steigt an. 
  • Elektronen stoßen abhängig von ihrer Energie mit den Gasatomen
    – elastisch: keine Energieabgabe, nur Richtungsablenkung
    – unelastisch: Energieabsorption durch die Gasatome bei bestimmten, vom verwendeten Gas abhängigen UB-Werten
    → Abfall von IB (Stromminima im Abstand von jeweils ΔU(Gas) , z. B. für Hg: 4,9 V; Na: 2,1 V; Ne: 19 V) 
  • Nach Energieabgabe wird das Elektron wieder beschleunigt und erreicht ggf. noch einmal (oder öfter) vor dem Gitter die zur Gasanregung nötige Energie e*ΔUGas → Ausbildung weiterer Minima
  • Leuchtschichten wandern bei Erhöhung von UB weiter in Richtung Glühwendel; ggf. bilden sich weitere neue Schichten am Gitter.
  • Am Ort der Energieabsorption bildet sich jeweils eine „leuchtende“ Schicht von Gasatomen vor dem Gitter aus: Rückkehr der angeregten Atome in den Grundzustand unter Aussendung von Photonen


Frage anzeigen

Frage

Was passiert, wenn Kochsalz (NaCl) in eine nicht leuchtende Bunsenflamme gebracht wird?


Antwort anzeigen

Antwort

Von der Flamme geht gelbes Licht der Wellenlänge λ = 589 nm aus

Frage anzeigen

Frage

Wieso geht von der Flamme ein gelbes Licht der Wellenlänge 

λ = 589 aus, wenn Kochsalz (NaCl) in eine nicht leuchtende Bunsenflamme gebracht wird?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Dissoziation der NaCl-Moleküle → große Zahl von Na-Atomen
    hoher kinetischer Energie in der Bunsenflamme
  • Stoßanregung anderer Na-Atome
  • Rückkehr der angeregten Atome in den Grundzustand → Emission von Photonen der Energie Δ E = (h*c) / λ mit λ = 589 nm (Na-D-Linie)
Frage anzeigen

Frage

Was passiert, wenn ein Gefäß mit Natriumdampf zwischen einer Lichtquelle (Fall 1: Natriumdampflampe; Fall 2: Quecksilberdampflampe) und einem Schirm postiert und vom jeweiligen Licht durchleuchtet wird? Wieso?

Antwort anzeigen

Antwort

Im Fall 1 zeichnet sich die Na-Dampfwolke in Durchstrahlrichtung als Schatten auf dem Schirm ab, seitlich tritt gelbes Licht aus. Im Fall 2 treten beide Effekte nicht auf.


  • Atome des Na-Dampfs werden nur durch Photonen passender Energie (Licht der Na-Dampflampe) angeregt → absorbiertes Licht fehlt in Durchstrahlrichtung
  • Rückkehr in den Grundzustand führt zur Abstrahlung Licht gleicher Frequenz (gelbe Na-D-Linie) in alle Richtungen (Intensität in Durchstrahlrichtung geschwächt): Resonanzfluoreszenz 
    → Schatten auf Schirm, gelbes Leuchten
Frage anzeigen

Frage

Was sind besondere Eigeschaften des Laserlichts?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Große Kohärenz: Lichtwellen besitzen konstante Phasendifferenz. 
  • Enger Frequenzbereich: „monochromatisches“ Licht
  • Parallelität: Minimaler Öffnungswinkel des Laserstrahls
  • Große Energiedichte: starke Bündelung → hohe Strahlintensität
Frage anzeigen

Frage

Erkläre das Funktionsprinzip eines Lasers am Beispiel eines Drei-Niveau-Lasers

Antwort anzeigen

Antwort

  • Anregung des Lasermediums durch optisches Pumpen (Energiezufuhr): Übergang E1 → E3 
  • 2-stufige Rückkehr in Grundzustand: E3 → E2 (rasch); E2 → E1 (verzögert) → Besetzungsinversion: E2 stärker besetzt als E1 
  • Im Resonator bilden sich stehende Wellen aus (Selektion von Photonen bestimmter Frequenz und Richtung) → stimulierte Emission (= Umkehrung der Resonanzabsorption): Ein einfallendes Photon passender Frequenz „stimuliert“ den Übergang E2 → E1 → Emission eines zweiten, identischen Photons → Photonenlawine
  • Auskopplung des so erzeugten Photonenstroms als Laserstrahl


Frage anzeigen
60%

der Nutzer schaffen das Atommodell Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.