Atome/Atommodelle ( AM) (unkontrollierte Schülerarbeit) 1

Atome/Atommodelle ( AM)
(unkontrollierte Schülerarbeit)
1. Vorstellung nach Demokrit
 griechischer Naturphilosoph
 lebte ca 460 v Ch – 370 v. Chr.
 Schüler des Leukippos/beeinflusste Aristoteles
 Raum ist aufgeteilt in das Volle und das Leere
 unteilbare, winzige, für Auge unsichtbare Elemente – Atome
 unterscheiden sich durch Gestalt und Größe
 von Natur aus unbewegt
 Bewegung erst durch Schlag – ist ewig – aus ihr entstehen sämtliche Erscheinungen
 Mischung existiert nicht – nur Verbindung oder Trennung
 unterschiedliche Größe – unterschiedliche Schwere
 unter Atomen Wahlverwandtschaft: Gleiches zu Gleichem (Bsp. Atome des Meerwassers)
 Anfang der Welt: Teilchen bewegten sich in ursprünglichem Wirbel
 leichten nach außen, schweren nach innen
 daraus Himmel und Erde
 zahllose Welten - unendlich großes All – Zeit ist ewig
 Erkenntnisse des Menschen beruhen auf sinnlicher Wahrnehmung von Gestalt, Lage und
Anordnung der Atome
 Denken – wenn Seele im richtigen Masseverhältnis
 Farbe = Täuschung: glatte Atome als weiß wahrgenommen, rauhe Atome schwarz
2. Rutherford‘sches Atommodell
 1911 von Ernest Rutherford aufgestellt
 korrigiert Thomson‘sches
 Streuversuch v. 1909: Atome haben negativ geladene Elektronen, gleiche Menge positive
Ladung
 nach R. positive Ladung und großer Teil der Masse im Kern vereinigt – widerlegt Thomson
 Strahlenversuch: Strahlungsquelle Radium im Bleiblock
 Bohrung lässt Alpha-Teilchen austreten- trifft auf Goldfolie
 größte Teil der Teilchen durchdringt Folie
 wenige werden abgelenkt oder prallen sogar ab
 massives Zentrum? - Atomkern
 Erklärung: positive Ladung kompakt im Atomkern (3000 mal kleiner als Atomradius)
 Erklärung elektrische Neutralität: Atomkern von Elektronen umgeben (Gesamtzahl =
Kernladungszahl)
 keine Information über räumliche Verteilung der Elektronen möglich
 R. entwickelte kein eigens Modell der elektronischen Struktur von Atomen sondern nutzte
Nagaokas „Saturnmodell“

Problem: keine Erklärung von Emission u Absorption von Energiequanten möglich
 d.h. für Spektrallinien diverser Gase
 keine Erklärung, warum Elektronen nicht in Kern stürzen (kreisende Ladung strahlt ständig
Energie ab – nach Maxwell)
 wird durch Bohr’sches AM erweitert und abgelöst
3. Bohrsches Atommodell
 1913 von Niels Bohr entwickelt – erstes Atommodell der Quantenphysik
 baut auf Rutherford auf
 Atom besteht aus positiv geladenem Kern und Elektronen – umkreisen Kern auf konzentrischen
Bahnen (wie Planet im Sonnensystem)
 nach Elektrodynamik dabei Abstrahlung elektromagnetischer Wellen
 Energie wird abgegeben – fehlt Elektronen
 werden langsamer
 Zentrifugalkraft wird kleiner – fällt in Kern??
 widerspricht Wirklichkeit – Atome stabil/Bahnen stabil
 um Bahnen zu beschreiben brach Bohr Lehrsätze (Natur macht keine Sprünge)
 stellte neue Bedingungen auf (intuitiv)/Bahn-Radius ändert sich sprunghaft
 Quantensprung – dabei elektromagnetische Strahlung aufgenommen/abgegeben
 abhängig vom Bahndrehimpuls
 dadurch z B. Ableitung möglich über Eigenschaften des Linienspektrums von H2
 Abweichung zwischen Modell und Wirklichkeit (außer Atomgröße und Quantensprung, wurde
bestätigt)
 Widerspruch zur Elektrodynamik
 Chemische Bindungen nicht nachvollziehbar mit Modell
 Bahndrehimpuls stimmt nicht
 Linienpositionen passen nicht zu gemessenen Spektren
 Aufspaltung d Spektrallinien (magnetischer Einfluss) nicht erklärbar
 Vorstellung verletzt Unschärferelation nach Heisenberg
 Verfeinerung durch Sommerfeld
4. Bohr-Sommerfeldsches-Atommodell
 1915/16 von Arnold Sommerfeld vorgeschlagen
 Elektronen bewegen sich auf Bahnen um Kern
 Quantisierungsbedingungen
 dadurch nur kleine Teilmengen der Bahnen erlaubt
 Energie und Drehimpulse können nur noch bestimmte Werte annehmen – sind gequantelt
 Vorstellung 1925 relativiert – Teilchenbahnen in Wahrscheinlichkeitsverteilung (Orbitalen)
 trotzdem bislang anschaulichstes Modell
 Sommerfeld führt statt Kreis- allgemeine Ellipsenbahnen ein
 wie Planetbahnen nach Kepler
 Elektronen bewegen sich ohne elektromagnetische Strahlung
 Ellipse hat nicht Radius wie Kreis
 2 Quantenzahlen notwendig um Zustand des Atoms zu beschreiben
 Fortschritt: kann Feinstruktur von H2 erklären und berechnen
 Ursache für Feinstruktur der Spektrallinien: bestehen aus dicht beieinander liegenden Linien,
die zu unterschiedlichen Werten der Drehimpulsquantenzahl bei gleicher Hauptquantenzahl
gehören
 allgemein: Systematisierung der Quantenbedingung, Orientierung der Ellipse wird beschrieben