Als die Atome Schalen bekamen: 100 Jahre Bohrsches Atommodell
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01|Überuns scinexx.de-DasWissensmagazin scinexx®-sprich['saineks],eineKombinationaus“science”und“next generation”-bietetalsOnlinemagazinseit1998einenumfassenden Einblick in die Welt des Wissens und der Wissenschaft. Mit einem breiten Mix aus News, Trends, Ergebnissen und Entwicklungen präsentiert scinexx.de anschaulich Informationen aus Forschung undWissenschaft. DieSchwerpunktthemenliegenindenBereichenGeowissenschaften, Biologie und Biotechnologie, Medizin, Astronomie, Physik, Technik sowie Energie- und Umweltforschung. Das Internetmagazin spricht allewissbegierigenUseran-obinBeruf,StudiumoderFreizeit. scinexx wurde 1998 als Gemeinschaftsprojekt der MMCD NEW MEDIA GmbH in Düsseldorf und des Heidelberger Springer Verlags gegründet und ist heute Teil der Konradin Mediengruppe mit dem bekannten Magazin Bild der Wissenschaft sowie den Wissensangeboten:wissen.de,wissenschaft.de,scienceblogs.de, natur.deunddamals.de. 02|Inhalt 01 02 ÜBERUNS INHALT 03 ALSDIEATOMESCHALENBEKAMEN 100JahreBohrschesAtommodell 04 IMPRESSUM 03|AlsdieAtomeSchalenbekamen 100JahreBohrsches Atommodell VONNADJAPODBREGAR VorfastgenauhundertJahrenveröffentlichtederdänischePhysiker NielsBohrseinAtommodell-unddamiteinenMeilensteinderPhysik undChemie.AuchwenneinigesanseinemModellinzwischen veraltetist:SeinGrundprinzipgiltbisheuteunderklärtviele chemischeundphysikalischePhänomene DIEERFINDUNGDESATOMS D rit und die unteilbaren Partikel: Schon im Altertum machten sich unsere Vorfahren Gedanken darüber, worausunsereWeltbesteht-wasdieMaterieformtund zusammenhält. Dass sie noch kaum Möglichkeiten hatten,indenMikrokosmoszusehenoderkomplizierteExperimente durchzuführen,wardabeikeinHindernis.DenneinigeMerkmaleund Verhaltensweisen von Substanzen und Materialien ließen sich auch damals schon sehr wohl beobachten. So zum Beispiel, dass Flüssigkeiten bei höheren Temperaturen verschwanden und an ihre Stelle ein Gas trat. Oder dass sich die Eigenschaften mancher Substanzenveränderten,wennsiemitanderenreagierten. Wasser,Feuer,LuftundErde-fürdiefrühenGriechendieGrundbausteinederMaterie©MMCD Für die Griechen war die Schlussfolgerung aus alle diesen Beobachtungen lange Zeit klar: Alle Materie besteht aus nur vier Grundelementen: Feuer, Wasser, Luft und Erde. Jeder Stoff, egal ob dasHolzeinesBaumesoderderWeinimTrinkbecher,bestandihrer Ansicht nach nur aus einer Mischung dieser vier Grundqualitäten. Auch die Aggregatzustände erklärten sie sich mit diesem Modell: Gasförmige Stoffe sollten demnach vor allem Luft enthalten, feste dagegenvorallemErde,flüssigewiederumüberwiegendWasser. “NurAtomeimleerenRaum” Doch im vierten Jahrhundert vor Christus entwickelte der Naturphilosoph Demokrit eine neue, absolut revolutionäre Idee: Nicht die vier Elemente seien die Basis aller Materie, so postulierte er, sondern winzige, feste und unteilbare Partikel: “Nur scheinbar hat ein Ding eine Farbe, nur scheinbar ist es süßoderbitter;inWirklichkeit gibt es nur Atome im leeren DemokritpostuliertedieIdeeder Raum”, zitiert später der unteilbarenAtome©historisch Naturgelehrte Galen Demokrits Aussagen. Dessen Vorstellung nach sollten die Atome zwar in ihrer Beschaffenheit alle gleich sein, sich aber in ihrer Form unterscheiden - rund, würfelförmig, zylindrisch oder pyramidal. Und erst die Kombination und Anzahl dieser Atomformen erzeugt dann die verschiedenen Materialien und ihre typischen Merkmale. Auch wennDemokritwederdieNaturderAtomerichtigerkannte,nochdie ArtundWeise,wieausihnenverschiedeneMaterialienentstehen:Mit seinem Modell war die Idee des Atoms als dem Grundbaustein der Materiegeboren.Essollteallerdingsnochweitmehrals2.000Jahre dauern, bis Forscher begannen, die Eigenschaften der Atome genauerzuerforschen. EINESORTEPROELEMENT D nsModellderAtome:DernächsteentscheidendeSchritt ereignet sich im Jahr 1808. Der britische Naturforscher John Dalton führt in seinem Labor Messungen und Versuche mit verschiedensten Gasen und Flüssigkeiten durch. Ihm fällt dabei auf, dass sich bestimmte Elemente immer in festen Verhältnissen miteinander zu verbinden scheinen. Außerdem bemerkt er, dass in einer Mischung verschiedener Gase jedes Gas unabhängigvondenandereneinenbestimmtenPartialdruckbesitzt. EinAtomfürjedesElement Um diese Beobachtungen zu erklären, greift Dalton die Ideen Demokrits wieder auf, modifiziert sie aber: In seinem Atommodell habenalleAtomediegleicheFormunddengleichenGrundaufbau.Je nachElementunterscheidensiesichaberinihrerMasse,Größeund anderen Eigenschaften. Ähnlich wie Demokrit glaubt auch Dalton, dass Atome unteilbar sind und weder erschaffen noch zerstört werden können. Im Gegensatz zu seinem Vorgänger geht er aber nicht von einer unendlich großen Vielzahl von Atomen aus. Stattdessen vermutet er, dass es für jedes bekannte Element genau eine Atomsorte geben muss. “Mit anderen Worten: Jedes Wasserteilchen ist exakt wie jedes andere Wasserteilchen, jedes Atom Wasserstoff wie jedes andere Wasserstoffatom”,schreibtderForscher. In chemischen Reaktionen verbinden sichseinerVorstellungnachdieseAtome mit anderen oder trennen sich Ansammlungen von verschiedenen Atomen wieder auf. Damit legt er den GrundsteinfürdiemoderneChemieund denBegriffderMoleküle. SozeichneteDaltonseine VorstellungvonAtomenund Molekülen©MMCD/ historisch “InrespektvollemAbstand” SeinModellliefertzudemeineErklärung für die Aggregatzustände: “Wenn ein Stoff in einem gasförmigen Zustand existiert, sind seine kleinsten Teilchen weiter voneinander entfernt als in jedem anderen Zustand”, so Dalton. “Jedes der Teilchen sitzt im Zentrum einer relativ großen Sphäre und behält seineWürde,indemesalleandernTeilcheninrespektvollemAbstand hält.” Bei Flüssigkeiten und noch mehr bei Feststoffen seien die Abstände zwischen den Atomen dagegen geringer. Erwärmt man einen Stoff, dehnt dieser sich aus, weil seine Atome immer weiter auseinanderstreben.EinengewaltigenHakenhattedasAtommodell vonDaltonallerdings:Eskonntenichterklären,warumAtomeunter bestimmten Bedingungen positive oder negative Ladungen annehmen. Und auch für das Phänomen der Radioaktivität lieferte Daltons Modell keine Erklärung: Denn wenn Atome doch unteilbar sind,wohersolltendanndieTeilchenunddieStrahlungkommen,die beispielsweise Uran Zerfallaussandte? beim DerAbstandentscheidet:sostelltesich DaltondieAtomanordnungbei Wasserstoffgasvor.©historisch KUCHENTEIGODERHÜLLE? D uchenachdemSitzderElektronen:MitdemBeginndes 20.JahrhundertsüberschlagensichdieEreignisse.Immer mehr Experimente liefern neue Erkenntnisse über die Bausteine der Materie - und die Physiker und Chemiker kommen kaum hinterher, entsprechende Erklärungen und Modelle für das Gefundene zu entwickeln. Vorreiter und Zentrum des GeschehensistdabeiEngland. ThomsonsVorstellungdesAtoms:einepositiveMatrixmitdarineingebettetenElektronen©MMCD An der Universität Cambridge ist es der Physiker Joseph John Thomson, der schon kurz vor der Jahrhundertwende als erster eindeutig nachweist, dass Atome - entgegen der Vorstellungen von Dalton und Demokrit - keine massive, unteilbare Einheit sind. Es gelingtihmzubeweisen,dassKathodenstrahlenausElektronenund damit aus geladenen, subatomaren Teilchen bestehen. Seine Vermutung: Diese von der positiven Elektrode abgestrahlten Elektronen müssen aus den Atomen selbst stammen. Weil aber das Atom als Ganzes neutral ist, muss zusätzlich zu den negativ geladenenElektronenauchnocheinpositiverRestexistieren. WieRosinenineinemTeig Ausgehend von dieser Überlegung entwickelt Thomson 1903 sein “Rosinenkuchen”-Modell des Atoms: Nach diesem besteht ein Atom aus einer positiven Grundmasse, in das die Elektronen wie winzige Rosinen in einem Kuchenteig eingebettet sind. Die Elektronen, so postuliert der Forscher, können - beispielsweise im Rahmen chemischer Reaktionen - aus der Grundmasse entfernt werden. Einem Natrium-Atom fehlt dann beispielsweise in einer Kochsalzlösung (Natriumchlorid) ein Elektron, dadurch wird es einfach positiv geladen und wandert beim Anlegen einer Spannung andennegativenPol,dieAnode.DurchdiesesModellkannThomson die Ladungsveränderungen der Atome bei Reaktionen plausibel erklären. Tatsächlich liegt er mit seinem Grundprinzip - es werden Elektronen ausgetauscht - absolut richtig, wenn auch nicht in der Form. Auch seine Zeitgenossen kann Thomson damit zunächst vollauf überzeugen. Für seine Entdeckung des Elektrons erhält er 1906 den Nobelpreis für Physik. Im gleichen Jahr kann er nachweisen, dass Wasserstoff nur genau ein Elektron enthält. Der junge Niels Bohr, zu diesem Zeitpunkt noch Student an der UniversitätKopenhagen,bezeichnetThomsondamalsals“dasGenie, dasallendenWegzeigte.” “Kuchenteig”unterBeschuss Doch schon wenig später gerät Thomsons “Rosinenkuchen” unter Beschuss - buchstäblich. Denn in Manchester führt der Physiker ErnestRutherford1911einExperimentdurch,mitdemerThomsons neues Atommodell überprüfen will. Dazu beschießt er eine dünne GoldfoliemitAlphastrahlen.DiesebeimradioaktivenZerfallvonUran entstehenden Partikel sind, das weiß Rutherford bereits, positiv geladen. Es handelt sich um Heliumatome, die ihrer beiden Elektronen beraubt wurden. Rutherfords Erwartung: Stimmt das Rosinenkuchen-Modell von Thomson, dann müsste die positive RuhterfordsStreuversuch:EinStrahlaus Heliumkernen trifft auf eine Goldfolie © MMCD Matrix der Goldatome die auftreffenden positiven Teilchen nahezu vollständig reflektieren. Nur sehr wenige AlphaPartikeldürftendieFoliepassieren.Doch zur großen Überraschung des Physikers istdasGegenteilderFall:DergrößteTeil der Alphateilchen passiert die immerhin rund 4.000 Atomlagen dicke Goldfolie völlig ungehindert. Weniger als ein Prozent der Teilchen wird abgelenkt oderzurückgeworfen. Leere Hülle und massiver Kern Für Rutherford ist die Konsequenz aus diesem Ergebnisklar:DasAtomkann kein Rosinenkuchen sein, wie es Thomson postuliert hatte. Stattdessen muss es vorwiegend aus etwas anderem bestehen - aus Leere. Denn nur dann ist erklärbar, warum die AlphateilchendieGoldfolieso RutherfordsModell:kleinerpostiver Atomkernundgroße,weitgeendleereHülle mitElektronen©MMCD mühelos durchschlagen konnten. “Ich gehe davon aus, dass das Atom aus einem kleinen positivgeladenenAtombesteht,indempraktischdiegesamteMasse desAtomskonzentriertist.UmdiesenKernverteilensichElektronen, die das Atom elektrisch neutral machen”, postuliert der Forscher. Diese Hülle aus Elektronen ist dabei mehr als hunderttausend Mal größer als der massive Kern - entsprechend selten kommt es daher vor,dasseinAlphateilchengenaudiesenwinzigenKerntrifft. DERJUNGEWILDE N Bohrunddieetablierten“Atombauer”:Herbst1911.Der junge dänische Physiker Niels Bohr hat gerade seine Doktorarbeit zur Elektronentheorie der Metalle abgeschlossen und ist auf dem Weg zu seinem großen Idol: Er darf im Rahmen eines Forschungsaufenthalts im Labor des Nobelpreisträgers und “Elektronenpapstes” Joseph John Thomson mitarbeiten. Bereits in seiner Diplomarbeit hat sich Bohr mit der ArbeitvonThomsonauseinandergesetzt-undplatztnunvorneuen Ideen und Verbesserungsvorschlägen. “Voll wildem, dummem Mut”, beschreibterseinenGemütszustandspäter. BesuchinManchester Damit allerdings kommt er beim etablierten Nobelpreisträger nicht gerade gut an. Dieser nimmt den mit Akzent sprechenden Jungforscher nicht wirklich für voll und ist zudem viel zu sehr damit beschäftigt, sein Rosinenkuchen-Modell und dessen Konsequenzen weiterzuentwickeln.BohrbleibtdennochfürrundeinhalbesJahrin Cambridge, folgt Vorlesungen und Vorträgen von Thomson, aber auch dem Mathematiker Joseph Larmor. Im Februar 1912 dann bietet sich ihm die nächste große Chance: Er kann im Labor von Ernest Rutherford in Manchester mitarbeiten kurze Zeit nachdem dieser sein bahnbrechendes Goldfolien-Experiment veröffentlicht hat. Bohr beschreibtseineEindruckdes Forschers so: “Ein echt erstklassiger Mann und extrem fähig, in vielerlei Hinsicht noch fähiger als Thomson, wenn auch vielleicht nicht so begabt”, so die fast schon vorwitzige Einschätzung des NielsBohralsjungerMann©historisch Jungphysikers. Und auch bei Rutherford tut Bohr zunächst das, was ihm besonders liegt: Er beschäftigtsichmitdenModellenseinesChefsundanalysiertsieauf seineeigeneWeise. Deutlichgetrennt:ChemieundRadioaktivität Dabei erkennt Bohr bereits, was selbst Rutherford zu diesem Zeitpunkt noch nicht bewusst ist: Das Kern-Hülle-Modell liefert auch das Handwerkszeug, um radioaktive und chemische Reaktionen klar voneinander abzugrenzen. Denn alles, das die Hülle und die darin befindlichen Elektronen beeinflusst und verändert, ist seiner Definition nach Chemie. “Zur ersten Klasse von Atommerkmalen gehören die meisten physikalischen und chemischen Eigenschaften von Substanzen, wie ihre Farbe oder chemische Reaktivität”, erklärt Bohr1922inseinerNobelpreis-Rede.“DieseEigenschaftenberuhen aufdemElektronensystemunddieArtundWeise,mitdersichseine Bewegung unter dem Einfluss verschiedener äußerlicher Handlunge verändert.” Die Reaktionen aber, die vom Atomkern ausgehen, sind Bohrs Ansicht nach Kernphysik. “In den radioaktiven Prozessen begegnen wir einer Art Explosion des Atomkerns, bei der er positive oder negative Partikel, die sogenannten Alpha- und Beta-Teilchen, mit großen Geschwindigkeiten ausstößt”,erklärtBohr. RadioaktiverZerfallvonUran-eineSache desKerns,wieBohrerkennt©MMCD VieleoffeneFragen Bohr belässt es dabei aber nicht, er hinterfragt Rutherfords Modell auch kritisch und sieht durchaus einige Lücken. Einen Aspekt chemischer Reaktionen kann das Rutherford-Modell beispielsweise nicht erklären: Warum KannchemischeBindungen nichterklären:Rutherfords Atommodell©MMCD bilden manche Elemente wie das Natrium fast immer einfach positiv geladenen Ionen, andere dagegen wie Aluminium sogar dreifach positive? Und warumweigernsichmancheElementeschlichtweg,überhauptpositiv zu werden und nehmen stattdessen negative Ladungen an, wie beispielsweise das Chlor wenn es in Form von Kochsalz Natriumchlorid - gelöst wird? Steckt der Hinzugewinn oder der VerlustvonElektronendahinter,müsstediesjabedeuten,dasseinige Elektronenleichterentferntwerdenkönnenalsandere.Rutherfords nicht weiter unterteilte Atomhülle liefert hier keine Erklärung dafür. Und noch etwas bleibt beim Rutherford-Modell ungeklärt: Warum bleiben die Elektronen in der Hülle, statt in den Kern hineinzustürzen?EigentlichmüsstendiekreisendenTeilchenbeiihrer Bewegung ständig an Energie verlieren und damit auch an Geschwindigkeit. Denn nach gängiger Theorie der klassischen ElektrodynamikverlierteinebewegteLadungständigEnergie,weilsie elektromagnetische Strahlung aussendet. Langsamer werdend, müsstendieElektronendadurchschließlichvonderpositivenLadung angezogen werden und in den Kern fallen. Doch ganz offensichtlich geschieht genau dies nicht. Die Elektronen scheinen völlig ungebremstumdenKernzukreisen.Aberwarum? UNTEILBAREPAKETE D ntdeckung der Quanten: Noch während sich Thomson, Rutherford und Bohr den Kopf über die mögliche Struktur des Atoms zerbrechen, debattiert die Physikerwelt über eine andere, mindestens ebenso fundamentaleGröße:dieEnergie.DennerstwenigeJahrezuvorhat Max Planck das gesamte bisherige Weltbild der Physik ins Wanken gebracht. Seine revolutionäre Erkenntnis: Energie ist keine kontinuierliche Größe, sondern besitzt - ähnlich wie Materie - eine kleinste, nicht mehr teilbare Einheit. Ein glühender Körper gibt demnach seine Wärmestrahlung nicht in beliebigen Mengen ab, sonderninfestdefiniertenPaketen,denQuanten.DieseQuanten,so erkanntePlanck,sindumsoenergiereicher,jekürzerdieWellenlänge derausgestrahltenelektromagnetischenStrahlungist. Skepsisüberwiegt-zunächst Als Planck seine Idee der Quanten und sein darauf aufbauendes Strahlungsgesetz am 14. Dezember 1900 auf der Sitzung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft vorstellt, reagierenseineKollegenallesandereals begeistert. Zwar erklärt Plancks Gesetz viele der bisher unerklärlichen BeobachtungenbeiderWärmestrahlung - aber es widerspricht allem, was man bisheralsgegebenansah.Entsprechend skeptisch bleibt die Physikergemeinde und auch Planck selbst ist sich seiner keineswegs sicher. Der eher MaxPlanckerkanntedie QuantelungderEnergie© konservative Forscher versucht lange, historisch sein Konzept in das alte Gefüge der klassischen Physik einzubauen - allerdings eher vergebens. SchützenhilfeerhältPlanck1905vonAlbertEinstein.Diesererkennt die Tragweite von Plancks Idee und führt sie in seiner Lichtquantenhypotheseweiter.NachdieseristauchdasLichtalseine FormderelektromagnetischenStrahlunggequantelt:Obwohleseine Welleist,wirdesinFormvonPhotonen,Lichtteilchenübertragen.Es hatdahersowohlEigenschafteneinerWellealsauchvonTeilchen. DasRätselderSpektrallinien Auch Niels Bohr beschäftigt sich während seiner Zeit in SpektrallinienderBalmer-Seriedes England intensiv mit Plancks Wasserstoffs©JanHomann/CC-by-sa 3.0 Strahlungsgesetz - und überlegt, ob nicht die Quantisierung der Energie auch einige seltsame Phänomene bei Atomenerklärenkönnte.SostrahltbeispielsweiseWasserstoff,wenn ihm Energie zugeführt wird, nicht Licht eines kontinuierliche Spektrums aus, sondern erzeugt klar abgegrenzte Linien nur bei bestimmten Wellenlängen. Wo diese Linien sitzen, lässt sich durch mathematische Formeln nachvollziehen, je nach Energiezugabe bilden sie Serien - die Balmer-Serie, die Lyman-Serie und die Paschen-Serie. “Es ist wohlbekannt, dass die Wellenlängen der Spektrallinien eines Elements unter den gleichen äußeren Umständenauchimmerexaktdiegleichensind”,erklärtBohrspäter in seiner Nobelpreis-Rede. “Aber solange wir uns auf die klassische Elektrodynamikbeschränken,könnenwirdiesescharfenLiniennicht erklären.”Wieaberdann? SPRINGENDEELEKTRONEN D eburtdesBohrschenSchalenmodells:Anfang1913steht Niels Bohr vor mehr Fragezeichen als Antworten: RutherfordsAtommodellkannnichterklären,warumdie Elektronen in der Hülle nicht ständig Strahlung aussenden. Und warum die Elemente scharf abgegrenzte Spektrallinien aussenden ist ebenfalls völlig schleierhaft. Doch der junge Physiker hat einen Geistesblitz: Was wäre, wenn auch in der Welt der kleinsten Teilchen nicht die klassische Elektrodynamik gilt, sondern die gerade erst postulierten Quanten? Bohr beginnt, die Planckschen Prinzipien auf die Balmer-Serie des Wasserstoffs anzuwendenundstelltüberraschendeParallelenfest. WiePlanetenaufihrenBahnenumdieSonne NachundnachkristallisiertsicheinvölligneuesBilddesAtomsund seiner Elektronen heraus: Demnach kreisen die Elektronen nicht einfach ungeordnet und in beliebigem Abstand um den Atomkern, sonderninbestimmtenBahnen.“IndiesemBildsehenwirsoforteine erstaunliche Ähnlichkeit zu einem Planetensystem”, erklärt Bohr. Innerhalb dieser Bahnen befinden sich die Elektronen in einem stabilen Zustand, sie verlieren keine Energie und senden auch keine Strahlung aus. Ihre Bewegung steht in einem Gleichgewicht zurKraft,diederKernaufsieausübt. AtommodellnachBohr:Die Elektronenkreisenauf definiertenBahnen©MMCD JedeBahndesElektronsentsprichtnachBohreinemanderenEnergieniveau©MMCD Anders aber, wenn beispielsweise dem Wasserstoffatom Energie zugeführtwird:DannnimmtdasElektrondieseEnergieaufundwird dadurchvonseinemGrundzustandaufeineweiteraußenliegendeenergiereichere - Bahn katapultiert. Nach einiger Zeit aber fällt es wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Die nun überschüssige Zusatzenergie gibt das Elektron dabei ab - als Strahlung. Und hier sieht Bohr die Erklärung für die Spektrallinien unddieVerbindungzuPlanck: EnergiepaketeauchbeimElektron “Der essenzielle Punkt in Plancks Theorie der Strahlung ist es, dass dievoneinemAtomsystemausgesendeteEnergienichtkontinuierlich erfolgt,sondernimGegenteilinklargetrenntenEmissionen”,erklärt derPhysiker.UndweildasElektronseineEnergienurinbestimmten Paketen - den Quanten - abgeben kann, hat der abgegebene Lichtblitz immer eine feste Wellenlänge, entsprechend der abgegebenen Energiemenge. Statt eines allmählichen Übergangs sieht man dieses Lichtsignal im Spektrum daher als klar abgrenzte Linie. Nun wird auch die Balmer-Serie des Wasserstoffs klar: Wenn das Elektron des Wasserstoffs je nach Energiezufuhr auf unterschiedlich weit außen liegende Bahnen katapultiert wird, fällt es bis zum energieärmsten Grundzustand jeweils unterschiedlichweit.AlsFolge DasElektronstrahltbeimRücksprungvon einerhöherenaufeineniedrigereSchale gibt es jeweils EnergieinFormvonStrahlungaus© unterschiedliche MMCD Strahlenpaketeab-unddiese erzeugendieverschiedenenLinienderBalmer-Serie. DASJAHR1913UNDDANACH D odellundseineFolgen:AnfangJuli1913-unddamitvor fast genau hundert Jahren - veröffentlicht Bohr seine neuenErkenntnisseunterdemTitel“OntheConstitution of Atoms and Molecules” im Philosophical Magazine, nochimgleichenJahrfolgenzweiweitereVeröffentlichungen.“Diese auch als Trilogie bekannten Artikel waren bahnbrechend, denn zum ersten Mal beschrieben sie, wie Atome funktionieren”, erklärt Troels Petersen,PhysikeramdänischenNielsBohrInstitutinKopenhagen. MeilensteinmitkleinenFehlern BohrsKollegenundZeitgenossensindallerdingszunächstnurmäßig begeistert. Denn seine Theorie ist nur eine von vielen, die in dieser Zeit die Physikjournale füllen. Zudem passen Bohrs Berechnungen und Annahmen zwar für den Wasserstoff, bei Elementen mit mehr als einem Elektron weichen Beobachtungen und Theorie aber deutlich voneinander ab. Doch Bohr lässt sich nicht entmutigen. In den folgenden Jahren modifiziert und erweitert er sein Atommodell weiter.ErgehtbeispielsweisespäternichtmehrvonKreisbahnender Elektronen aus, sondern von elliptischen Orbits. In der Folgezeit beschäftigt sich Bohr vor allem weiter mit den Konsequenzen der Planckschen Quanten für die atomare Welt und trägt so ironischerweiseselbsttatkräftigdazubei, die Quantenmechanik zu etablieren und sein Modell in vielen Punkten zu widerlegen. MöglicheElektronensprünge beimWasserstoff©Szdori/ CC-by-sa3.0 MöglicheOrbitaledesElektronsbeimWasserstoff©PoorLeno/gemeinfrei Heutewissenwir,dassdieElektronennichtinfesten,flachenBahnen kreisen,sonderninbestimmtenOrbitalenzufindensind-Zonender höchsten Aufenthaltswahrscheinlichkeit. Denn spätestens seit WernerHeisenbergsUnschärferelationistklar,dasssichdiegenaue Position und Geschwindigkeit eines Elementarteilchens nicht genau bestimmen lässt, ohne dessen Zustand zu beeinflussen. Zudem besitzen Elektronen - ähnlich wie Licht - auch Eigenschaften von Wellen. Prägendbisheute Dochtrotzalledem:DasBohrscheAtommodell-sovorläufigesauch war - ist auch heute noch immer das prägendste Modell. Es wird in denSchulenalserstesgelehrt,esfindetsichinunzähligenSymbolen für Atome wieder und dient noch immer als Erklärungsmodell für zahlreiche Phänomene in Chemie und Physik. Mit seiner Hilfe wird beispielsweise bis heute die Bindung chemischer Elemente und letztlichauchdasgesamtePeriodensystemderElementeerklärt. Denn nach diesem Modell ist eine chemische Bindung nichts anderes als ein Austausch der jeweils äußeren Elektronen zwischen Atomen. Beim Kochsalz beispielsweise gibt das Natriumseineinzigesaufder äußeren Schale kreisendes Elektron ab, das Chlor nimmt dieses auf. Dadurch bekommen beide Atome eine nun volle Außenschale - und Bis heute wird die Elektronenkonfiguration der Elemente vereinfacht als Bohrmodell dargestellt, hierfürKohlenstoff.©gemeinfrei damiteinenstabilenZustand. Die Anzahl der Außenelektronen bestimmt damit letztlich, mit wem ein Element bevorzugt reagiert - und damit eine der Eigenschaften, die die GruppenzuordnungimPeriodensystembestimmt.NielsBohrhatsich mit seinem “Planetenmodell” der Elektronen tatsächlich unsterblich gemacht. Die bestrickende Einfachheit und Eingängigkeit seines Modells macht es bis heute relevant - wenn auch nicht in allen Aspekten. In dieser Hinsicht hat Bohrs Atommodell eine weitere Parallele zu einem Planetensystem, genauer gesagt dem des Astronomen Kopernikus: Beide Modelle änderten die Sicht auf ihre damalige Welt fundamental und öffneten die Tür zu weiteren Erkenntnissen-Erkenntnissen,dieunserWeltbildbisheuteprägen. 04|Impressum scinexx.de-DasWissensmagazin MMCDNEWMEDIAGmbH Elisabethstraße42 40217Düsseldorf Tel.0211-94217222 Fax03212-1262505 www.mmcd.de [email protected] Geschäftsführer:HaraldFrater,[email protected] Chefredakteurin:NadjaPodbregar,[email protected] Handelsregister: Düsseldorf,HRB56568;USt.-ID.:DE254927844; FinanzamtDüsseldorf-Mitte Konzeption/Programmierung YOUPUBLISHGmbH Werastrasse84 70190Stuttgart M:info(at)you-publish.com Geschäftsführer:AndreasDollmayer ©2016byKonradinMedienGmbH,Leinfelden-Echterdingen
