Elektromagnetisches Spektrum-Emissionsspektren-Grundlagen des Bohrschen Atommodells
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Zusammenfassung
Emissionsspektren - Das Bohrsche Atommodell
Vielleicht hast Du schon einmal gehört, dass Du anhand einer Flammprobe einige Elemente unterscheiden kannst, weil sie die Flamme färben. Das liegt daran, dass Elektronen von einem Grundzustand in einen angeregten übergehen und dann beim Zurückfallen Strahlung einer bestimmten Wellenlänge -also Farbe- abgeben. Im Prinzip verhalten sich alle Elemente so. Sie emittieren nach Anregung ihrer Elektronen elektromagnetische Strahlung. Das Besondere daran ist, dass es sich um Strahlung ganz bestimmter Wellenlänge handelt, die für ein Element immer reproduzierbar ist.
 B) Elektromagnetisches Spektrum im sichtbaren Bereich |  |
Anfang des 20. Jahrhunderts waren diese Beobachtungen nicht durch das herkömmliche Kern-Hülle-Modell zu erklären. Wären die Elektronen zufällig in der Schale verteilt, wären keine diskreten Wellenlängen vorhanden. Die einzig logische Erklärung: Gewisse energetische Übergänge sind erlaubt, gewisse Übergänge sind verboten. Die Energie ist gequantelt.
Atommodell nach Bohr und Sommerfeld
Anhand dieser Beobachtungen stellte Nils Bohr sein Atommodell auf. Er stellte sich Elektronen als kleine, negativ geladene Teilchen vor, die den Kern mit sehr hoher Geschwindigkeit umkreisen. Deshalb fallen sie auch nicht in den positiv geladenen Kern, denn es besteht ein Gleichgewicht zwischen Zentrifugalkraft und elektrostatischer Anziehung. Nicht alle Bahnen sind stabil, es gibt um den Kern sogenannte verbotene Zonen, Abstände bzw. Energieniveaus, in denen sich Elektronen nicht aufhalten können. Die erlaubten Energieniveaus nannte Bohr Schalen. Die Energieniveaus befinden sich in einem genau definierten Abstand, wodurch die diskrete Natur der Emissionsspektren erklärt wird. Da dadurch noch nicht alle Emissionslinien erklärt werden konnten, führte Arnold Sommerfeld wenige Jahre später elliptische Bahnen ein, die für die restlichen Banden verantwortlich seien und unterteilte die Schalen von Bohr in Unterschalen.
Diese Schalen und Unterschalen entsprechen im heute verwendeten Orbitalmodell der Haupt- und Nebenquantenzahl. Heute weiss man, dass man zur vollständigen Beschreibung eines Elektrons nicht nur zwei, sondern ein volles Set an 4 Quantenzahlen benötigt, und auch dann lassen sich Position und Impuls eines Elektrons nicht beliebig genau feststellen. Das Modell von Bohr und Sommerfeld ist in keinster Weise abgeschlossen, aber stellte damals einen Quantensprung im Verständnis von Materie dar und ist auch heute noch sehr gut geeignet, um eine Vielzahl von Effekten zu erklären.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Welche Verbesserungen führte Arnold Sommerfeld am Bohrschen Atommodell durch?
Das Modell nach Bohr konnte nicht alle Spektrallinien der Elemente erklären. Sommerfeld postulierte elliptische Bahnen, die für die Komplexität der Spektren verantwortlich seien. Bohr hatte zuvor nur von kreisförmigen Bahnen gesprochen.
Was ist die Grundaussage des Bohrschen Atommodells?
Elektronen bewegen sich auf definierten Bahnen um den Kern. Zentrifugalkraft und elektrostatische Anziehung gleichen sich aus. Nur Bahnen in bestimmten Energieniveaus sind erlaubt. Die Energie ist gequantelt.
Was ist ein Emissionsspektrum?
Wird ein Element angeregt, emittiert es Strahlung bzw. Licht bestimmter Wellenlänge. Gemeinsam ergeben die Spektrallinien das Emissionsspektrum.