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Bohr'sches Atommodell

Die Bohr'schen Postulate

Bohr entwickelte auf Grundlage des Rutherford'schen Atommodells (kleiner geladener Atomkern) eine Atomvorstellung, aus der sich das Spektrum des Wasserstoffatoms ableiten lässt. Dabei verwendete er sowohl die Quantelung der Energie als auch die Lichtquanten-Hypothese. Das Bohr'sche Atommodell basiert zum einen Teil auf klassischer Mechanik und zum anderen Teil auf zwei weiter nicht begründeten Postulaten (Grundannahmen), die der klassischen Physik völlig fremd sind.

  1. Postulat:Elektronen können den Atomkern nur auf ganz bestimmten Kreisen umlaufen. Dabei gilt für den Betrag des Drehimpulses L des Elektrons: L = n h 2 π = n ; n = 1 ,2 , 3 ..., wobei h = 6,626  10 -34  Js die Planck'sche Konstante darstellt und = 1,054  10 -34  Js die Drehimpulsquantenzahl ist. Der Drehimpuls des Elektrons ist also auf diesen Kreisen stets ein ganzzahliges Vielfaches des Drehimpulsquantums .
  2. Postulat:Eine Änderung des Energiezustandes des Atoms kann nur durch den Übergang von einem stationären Zustand in einen anderen erfolgen. Die Frequenz ν der bei einem solchen Übergang ausgestrahlten bzw. absorbierten Strahlung ergibt sich aus der Differenz der beiden Energiezustände des Atoms: E 1 E 2 = h ν .
Hinweis
Im ersten Postulat wird, im Gegensatz zu Beispielen für die bereits vorgestellten quantenphysikalischen Phänomene, hier nicht die Energie, sondern der Drehimpuls quantisiert. In manchen Büchern werden die im ersten Postulat aufgestellten Bedingungen als zwei getrennte Postulate formuliert. Dann ergeben sich insgesamt drei Bohr'sche Postulate.

Eine lebhafte Beschreibung darüber, wie Bohr die Fachwelt von der Leistungsfähigkeit seines Modells überzeugt hat, ist in den "Prinzipien der Chemie" von Dickerson, Gray, Darensbourg und Darensbourg zu lesen, die wir nicht vorenthalten wollen:

1913 schlug Nils Bohr (1885-1962) eine Theorie über den Aufbau des Wasserstoffatoms vor, die mit einem Schlag das Problem des instabilen Rutherford'schen Atommodells beseitigte und gleichzeitig eine vollkommene Erklärung für die gerade von uns diskutierten Spektren lieferte.

Es gibt zwei Methoden, eine neue Theorie in den Naturwissenschaften vorzustellen, und Bohrs Arbeit veranschaulicht den weniger offensichtlichen Weg. Die eine Methode ist die, eine solche Menge von Daten anzuhäufen, dass die neue Theorie klar und selbstverständlich für jeden Betrachter hervortritt. Dies ist im Wesentlichen der Weg, den Dalton bei seinen Überlegungen über die Äquivalentmassen der Atome beschritt. Der andere Weg führt über eine kühne neue Annahme, die zunächst gar nicht aus den Messergebnissen abzuleiten scheint, wobei dann zu zeigen ist, dass die Schlussfolgerungen aus dieser Annahme, sobald sie ausgearbeitet sind, viele Beobachtungen erklären können. Bei dieser Methode sagt der Theoretiker: "Sie erkennen vielleicht nicht, warum ich dies tue, aber halten Sie bitte Ihr Urteil über meine Hypothese so lange zurück, bis ich Ihnen gezeigt habe, was ich damit machen kann." Bohrs Theorie gehört mehr zu dem letzteren Typ.

Bohr beantwortete die Frage, warum das Elektron nicht auf einer Spiralbahn in den Kern stürzt, indem er einfach postulierte, dass es das nicht tut. Im Wesentlichen sagte er den klassischen Physikern etwa Folgendes: "Sie sind von Ihren physikalischen Vorstellungen zu der Erwartung verleitet worden, dass das Elektron auf seiner Umlaufbahn Energie ausstrahlen und infolgedessen in den Kern stürzen müsste. Lassen Sie uns einmal annehmen, dass es dies nicht tut, und sehen, ob wir damit mehr Beobachtungen richtig deuten können, als wenn wir annehmen, dass es in den Kern stürzt." Die Beobachtungen, die er so erfolgreich erklären konnte, waren die Wellenlängen der Linien im Spektrum des atomaren Wasserstoffs.

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