Die Entwicklung der Atommodelle: Von Thomson bis Bohr

Thomsons Atommodell

Thomson schlug ein besonders einfaches Atommodell vor, das auf der Entdeckung von Elektronen basierte. Er führte eine Reihe von Experimenten in Gasentladungsröhren mit niedrigem Druck durch. Durch die Untersuchung der Emission von Partikeln mit negativer elektrischer Ladung, die er als Elektronen identifizierte, entwickelte er sein Modell. Thomson betrachtete das Atom als eine homogene Kugel positiver Ladung, in der die Elektronen auf der Oberfläche platziert sind, um die positive Ladung zu neutralisieren.

Rutherfords Atommodell

Rutherford führte Experimente durch, bei denen er eine dünne Goldfolie mit Alpha-Teilchen beschoss. Da fast alle Teilchen die Folie ohne Ablenkung passierten, nur wenige eine leichte Richtungsänderung erfuhren und eine sehr kleine Anzahl zurückgeworfen wurde, zeigte dies, dass fast das gesamte Volumen des Atoms leer ist. Es existiert ein positiv geladener Bereich, in dem die positive Ladung konzentriert ist, was die Ablenkungen verursacht.

Dies führte zu Rutherfords Atommodell, das die Struktur in verschiedene Bereiche unterteilt:

• Kern: Eine positive Ladung, in der 99,9 % der Masse konzentriert sind.
• Hülle: Ein Bereich um den Kern, in dem negativ geladene Elektronen den Kern umkreisen.
• Neutralität: Die Anzahl der positiven Ladungen im Kern muss gleich der Anzahl der Elektronen in der Hülle sein, damit das Atom elektrisch neutral ist.

Plancks Hypothese

Die Energie, die von einem Körper in Form von elektromagnetischer Strahlung absorbiert oder emittiert wird, ist immer ein Vielfaches eines Wertes h, der sogenannten Planck-Konstante.

Die Energie der elektromagnetischen Strahlung ist nicht kontinuierlich, sondern besteht aus kleinen Energiequanten. Das Quant ist der Mindestbetrag an Energie, den eine Strahlung tragen kann. Dies bedeutet, dass Energie quantisiert ist.

Bohrs Atommodell

Basierend auf Rutherfords Atommodell und unter Anwendung der Hypothese von Planck entwickelte Bohr sein Atommodell, um das Spektrum des Wasserstoffs zu erklären. Es basiert auf drei Postulaten:

Erstes Postulat

Das Atom besitzt einen positiv geladenen Kern, in dem sich fast die gesamte Masse des Atoms befindet. Das Elektron beschreibt Kreisbahnen um den Kern. Die Zentrifugalkraft der Rotation des Elektrons wird durch die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den elektrischen Ladungen kompensiert.

Zweites Postulat

Das Elektron kann nicht auf beliebigen Bahnen um den Kern kreisen, sondern nur auf solchen, bei denen der Drehimpuls quantisiert ist.

Drittes Postulat

Das Elektron bewegt sich auf stabilen Umlaufbahnen, ohne Energie abzustrahlen. Beim Wechsel von einer Umlaufbahn zur anderen erfolgt eine Emission oder Absorption eines Energiequants gemäß der Planck-Gleichung.