Entwicklung der Atommodelle: Von Thomson bis Bohr

Das Thomson-Atommodell

Das Thomson-Atommodell beschreibt das Atom als eine einheitliche Sphäre positiver Elektrizität, in der Elektronen aufgrund von Abstoßungskräften weit voneinander entfernt sind. Dieses Modell erklärt, warum Atome neutral sind und warum sie ionisiert werden, wenn sie ein oder mehrere Elektronen verlieren.

Entdeckung des Atomkerns durch Rutherford

Thomson konnte die Streuversuche von Alpha-Teilchen durch Geiger und Marsden unter der Leitung von Rutherford nicht erklären. Die Tatsache, dass ein Großteil der Alpha-Teilchen die Goldfolie ohne Ablenkung durchdringt, deutet darauf hin, dass Atome praktisch leer sind. Starke Abstoßungen einiger Teilchen lassen sich nur dadurch erklären, dass das Atom eine konzentrierte positive Ladung besitzt, die eine erhebliche Abstoßungskraft ausübt.

Das Rutherford-Modell

Nach dem Rutherford-Modell lassen sich Atome in zwei Zonen unterteilen:

• Der Kern: Hier ist die gesamte positive Ladung und fast die gesamte Masse konzentriert.
• Die Hülle: Ein Bereich, in dem die Elektronen um den Kern kreisen.

Rutherford erkannte zudem die Existenz ungeladener Teilchen, der Neutronen. Ein Problem seines Modells blieb jedoch bestehen: Klassisch betrachtet müssten kreisende Elektronen Energie verlieren und in den Kern stürzen.

Das aktuelle Kernmodell

Das Atomkernmodell besteht heute aus zwei Arten von Nukleonen: Protonen und Neutronen, umgeben von einer Elektronenhülle.

Die Quantentheorie

Emissionsspektren entstehen durch die Abgabe von Strahlungsenergie angeregter Atome. Da diese Spektren diskontinuierlich sind, deutet dies darauf hin, dass Atome Energie nur in diskreten Portionen abgeben oder aufnehmen. Diese Phänomene werden durch die 1900 von Max Planck begründete Quantentheorie erklärt. Materie sendet oder absorbiert Strahlungsenergie in Form von Elementarteilchen, den sogenannten Photonen (Quanten).

Das Bohr-Modell

Niels Bohr postulierte:

• Elektronen bewegen sich auf bestimmten kreisförmigen Bahnen (Energieniveaus) um den Kern.
• In diesen stationären Zuständen geben sie keine Energie ab oder auf.
• Die Energie des Atoms ist quantisiert.
• Beim Übergang von einem höheren auf ein niedrigeres Energieniveau wird Energie in Form eines Photons abgestrahlt.

Kritik am Bohr-Modell

Die Zentripetalkraft, die die Elektronen auf ihren Bahnen hält, ist die elektrostatische Anziehung zum Kern. Nach der klassischen Elektrodynamik müssten beschleunigte Ladungen jedoch Energie abstrahlen und in den Kern stürzen, was die Stabilität des Atoms im Bohr-Modell infrage stellt.