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.

Chemie; Atombau und PSE; 3. Gymi; Elektromagnetisches Spektrum-Emissionsspektren-Grundlagen des Bohrschen Atommodells — A) Emissionsspektrum eines Elements mit diskreten Emissionswellenlängen
B) Elektromagnetisches Spektrum im sichtbaren Bereich

Chemie; Atombau und PSE; 3. Gymi; Elektromagnetisches Spektrum-Emissionsspektren-Grundlagen des Bohrschen Atommodells — energetische Übergänge, die zu den diskreten Emissionslinien führen; n bezeichnet die Schalennummer bzw. Hauptquantenzahl

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.