Niels Bohr

Niels Bohr
Das bohrsche Atommodell
Lebenslauf
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(* 7. Oktober 1885 in Kopenhagen; † 18. November 1962 in Kopenhagen)
Der Vater von Niels Bohr, Christian Bohr, war Professor für Physiologie, seine
Mutter Ellen entstammte einer jüdischen Familie
Harald Bohr, sein Bruder, wurde später Professor für Mathematik, während sich
Niels Bohr der Physik zuwendete
Torwart in der 1. Liga Dänemarks
1903 Studierte er Physik an der Universität Kopenhagen
1906 erhielt er die Goldmedaille der Königlich-Dänischen Akademie der
Wissenschaften für seine Arbeit über die Oberflächenspannung von
Flüssigkeiten
1911 schloss er sein Studium mit seiner Doktorarbeit über die magnetischen
Eigenschaften von Metallen ab
Zwei Jahre später ging er nach Manchester in das Labor von Ernest Rutherford
Hier lernte Niels Bohr auch Margarethe Nørlund kennen, die er später heiratete
und gemeinsam mit ihr sechs Söhne hatte
Später wurde er Professor für Physik an der Universität in Kopenhagen
In Berlin 1920 machte er die Bekanntschaft mit Albert Einstein. Mit Hilfe der von
ihm aufgestellten Theorien zur Quantenphysik, die er mit den Gesetzen der
klassischen Physik verband, gelang es Bohr bereits 1913, das bohrsche
Atommodell zu konstruieren
Bohrsches Atommodell (Teil1)
Die Grundaussage dieser Theorie ist folgende: Elektronen kreisen um den Atomkern.
Dabei taucht jedoch folgendes Problem auf:
Die klassische Elektrodynamik ist ein Teilbereich der Physik, der sich mit
Ladungen beschäftigt. Sie sagt aus, dass bewegte Ladungen, hier die um den
Atomkern kreisenden Elektronen, immer elektromagnetische Wellen (also
sichtbares oder nicht sichtbares Licht) unter Energieverlust ausstrahlen
müssten. Dann würde auch die kinetische Energie (Bewegungsenergie, also
diejenige Energie, die das Elektron benötigt, um den Kern zu umkreisen) der
Elektronen so lange sinken, bis das Elektron schließlich auf den Kern stürzt.
In einer Grafik dargestellt:
Bohrsches Atommodell (Teil2)
Der Physiker Niels Bohr hatte nun folgende Idee:
Elektronen können sich auf festgelegten Bahnen (Schalen) mit jeweils
unterschiedlichen Energiestufen strahlungslos, d.h. ohne Energieverlust bewegen.
Das Bohrsche Modell geht vom einfachsten Atom, dem Wasserstoffatom aus, das
lediglich aus einem Proton als Kern und einem Elektron besteht. Nach Bohr kreist
dieses Elektron um den Kern. Zur Aufrechterhaltung dieses Zustandes muss die
elektrostatische Anziehung zwischen den beiden Teilchen durch die auf das Elektron
wirkende Zentrifugalkraft kompensiert werden, d.h. beide Kräfte müssen gleich
groß sein:
Die Theorie von Bohr:
Bohrsches Atommodell (Teil3)
Für jede Bahn, auf der das Elektron den Atomkern umkreist, hat das Elektron eine
bestimmte Energie. Auf der K-Schale, die dem Atomkern am nächsten ist,
kommt dem Elektron die geringste Energie zu. Um das Elektron auf eine weiter
außen liegende Bahn zu bringen, muss ihm Energie zugeführt werden. Die
Energie eines Elektrons darf keine Werte annehmen, die es auf einen Ort
zwischen den erlaubten Bahnen bringen würde.
Wenn sich das Elektron auf der innersten Bahn befindet und die geringste Energie
hat, so befindet sich das Atom im Grundzustand. Durch die Zufuhr von Energie
kann das Elektron auf eine größere Bahn springen und einen höheren
Energiezustand annehmen; dieser wird angeregter Zustand genannt.
Wenn das Elektron von einem angeregten Zustand auf eine weiter innen liegende
Bahn springt, wird eine definierter Energiebetrag freigesetzt und in Form eines
Lichtquants emittiert. Der Energiebetrag entspricht der Differenz der Energien
des höheren und des niedrigeren Energiezustands.
Folgen der Erfindung
Leistungen:
• Interpretation des Wasserstoffspektrums und ähnlicher Spektren
• Berechnung der Bahnradien des Wasserstoffs
• Berechnung der Energiezustände des Wasserstoffs
• Quantitative Interpretation des Periodensystems der Elemente
Unzulänglichkeiten:
• Die Theorie ist auf unbeweisbare Annahmen gegründet
• Die Interpretation von Mehrelektronensystemen ist nicht möglich
• Chemische Bindungen können, mit Ausnahme der Ionenbindung,
nicht erklärt werden
Niels Bohr erhielt den Nobelpreis für Physik im Jahr 1922 „für
seine Verdienste um die Erforschung der Struktur der Atome und
der von ihnen ausgehenden Strahlung“.