Atommodelle: Von Thomson über Rutherford zu Bohr

Das Bohrsche Atommodell

Das Rutherfordsche Atommodell galt als unvollständig und instabil. Der dänische Physiker Bohr schlug ein neues Atommodell vor, das auf vier Postulaten basiert:

1. Das Atom besteht aus einem positiv geladenen Kern, der den Großteil der Masse enthält, und einer Hülle mit Elektronen.
2. Die Elektronen bewegen sich auf stabilen Kreisbahnen um den Kern.
3. Es sind nur Bahnen möglich, in denen der Drehimpuls der Elektronen ein Vielfaches der Planck-Konstante ist. Auf diesen Bahnen emittieren oder absorbieren Elektronen keine Energie.
4. Der Übergang von einer Bahn auf eine andere beinhaltet die Absorption oder Emission von Strahlung.

Das Bohrsche Modell konnte das Spektrum des Wasserstoffatoms erklären, lieferte jedoch keine präzisen Vorhersagen für die Spektren der übrigen Elemente des Periodensystems.

Die Quantenzahlen

• Hauptquantenzahl (n = 1, 2, 3, 4, ...): Bestimmt das Energieniveau und die Größe des Orbitals.
• Drehimpulsquantenzahl (azimutale Quantenzahl, l = 0 bis n-1): Bestimmt die Form des Orbitals und das Energie-Unterniveau:
  • l = 0: Suborbital „s“ (kreisförmig)
  • l = 1: Suborbital „p“ (hantelförmig)
  • l = 2: Suborbital „d“ (lobulär)
  • l = 3: Suborbital „f“ (komplex lobulär)
  • l = 4: Suborbital „g“
  • l = 5: Suborbital „h“
• Magnetische Quantenzahl (m): Gibt die räumliche Orientierung des Energie-Unterniveaus an (m = -l, ..., 0, ..., l). Für jeden Wert von l gibt es 2l + 1 Werte von m.
• Spinquantenzahl (s): Gibt die Richtung der Rotation des Elektrons um die eigene Achse an. Sie nimmt die Werte +1/2 und -1/2 an.

Das Thomsonsche Atommodell

Thomson, der Entdecker des Elektrons, schlug ein Modell vor, das oft als „Rosinenkuchen-Modell“ bezeichnet wird. Das Atom wurde als positiv geladener, schwammiger Bereich betrachtet, in dem Elektronen eingebettet sind, um die Ladung auszugleichen und das Atom elektrisch neutral zu machen.

Das Rutherfordsche Experiment

Um dieses Modell zu testen, führte Rutherford Experimente durch, bei denen er eine sehr dünne Goldfolie mit positiv geladenen radioaktiven Teilchen beschoss. Entsprach das Thomsonsche Modell der Realität, hätten die Teilchen die Folie ohne Richtungsänderung passieren müssen.

Rutherford stellte jedoch fest, dass zwar die meisten Teilchen die Folie passierten, einige jedoch abgelenkt wurden oder sogar zurückprallten. Um dies zu erklären, schlug er sein Atommodell vor: Das Atom ist weitgehend leerer Raum, in dessen Mitte sich ein massereicher, positiv geladener Kern befindet, um den die Elektronen kreisen.