Die Entwicklung der Atommodelle: Von Thomson bis Bohr

Das Thomson-Modell

Thomson stellte das Atom als eine Art kontinuierlichen positiven Bereich vor, in dem Elektronen eingebettet sind – ähnlich wie Rosinen in einem Pudding. Dieses Thomson-Modell war durchaus sinnvoll, wurde für mehrere Jahre angenommen und erlaubte die Erklärung verschiedener Phänomene.

Ionenbildung

Ein Ion ist ein Atom, das ein oder mehrere Elektronen gewonnen oder verloren hat. Während sich die Anzahl der Elektronen im Atom ändern kann, bleibt die Anzahl der Protonen konstant:

• Kation: Positiv geladen (Elektronenverlust).
• Anion: Negativ geladen (Elektronengewinn).

Das Rutherford-Modell

Etwas sehr Ähnliches passierte 1911, als der englische Chemiker und Physiker Ernest Rutherford und seine Mitarbeiter eine sehr dünne Goldfolie mit schnell fliegenden, positiv geladenen Teilchen bombardierten. Das Experiment erlaubte es, folgendes Verhalten der Teilchen zu beobachten:

• Die meisten Teilchen durchquerten die Folie, ohne ihre Richtung zu ändern, wie nach dem Thomson-Modell erwartet.
• Einige wenige Teilchen wurden abgelenkt.
• Einige prallten sogar zur Quelle zurück.

Das Verhalten der Teilchen konnte durch das Thomson-Modell nicht erklärt werden, weshalb Rutherford es verwarf und ein Kernmodell vorschlug.

Struktur des Kernmodells

Nach diesem Modell besteht das Atom hauptsächlich aus leerem Raum, in dem Elektronen einen kleinen, dichten Kern umkreisen.

Die Entdeckung der Neutronen

Die Masse von Protonen und Elektronen allein entsprach nicht der Gesamtmasse des Atoms. Rutherford nahm an, dass sich im Kern eine andere Art von subatomaren Teilchen befinden müsse. Später entdeckte der englische Physiker James Chadwick diese Teilchen, die er Neutronen nannte. Neutronen sind elektrisch neutral, haben eine etwas größere Masse als Protonen und befinden sich zusammen mit diesen im Atomkern.

Zusammenfassung der Atomstruktur

Das Atom verfügt über einen zentralen Kern, in dem praktisch die gesamte Masse konzentriert ist. Protonen (positiv geladen) und Neutronen bilden den Kern, während die Elektronen (negativ geladen) den Kern in großer Entfernung umkreisen. Da die Anzahl der Protonen der Anzahl der Elektronen entspricht, ist das Atom elektrisch neutral.

Das Bohr-Modell

Um die Probleme des Rutherford-Modells zu lösen, formulierte Niels Bohr im Jahr 1913 eine Hypothese über die Atomstruktur:

1. Elektronen bewegen sich nur auf stabilen Kreisbahnen, auf denen sie keine Energie emittieren.
2. Jede Umlaufbahn besitzt ein bestimmtes Energieniveau, das umso höher ist, je weiter die Bahn vom Kern entfernt ist.
3. Energie wird ausgestrahlt, wenn ein Elektron von einem höheren Energiezustand auf ein niedrigeres Energieniveau springt.