Aufbau der Materie

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Das Atommodell von Niels Bohr

Quantenmechanik und Wellenmechanik

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Sprunghafte Strahlungsübergänge

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Wir hatten bei der Flammenfärbung (Nachweis von Metall-Ionen) schon gesehen, dass Metalle bzw. Metall-Ionen ganz bestimmte Flammenfarben in der nicht leuchtenden Gasbrennerflamme erzeugen. Erklärt wurde das damit, dass Elektronen beim Erhitzen auf ein höheres Energieniveau "springen", dort aber nur für sehr kurze Zeit verweilen können und dann beim Zurückspringen wieder Energie in Form von Licht abgeben.

In der Gasphase zum Leuchten angeregte Elemente bzw. Ionen erzeugen also Licht ganz bestimmter Wellenlänge. Wird dieses Licht durch ein Prisma geschickt, so kann man vor dunklem Hintergrund eine mehr oder weniger große Anzahl an scharfen, farbigen Linien entdecken, die für das Element typisch sind. Es ist ein sogenanntes Linienspektrum, genauer gesagt, ein Emissionsspektrum entstanden.

Schickt man weißes Sonnenlicht durch ein Prisma, so kann man ein kontinuierliches Farbspektrum mit den schönen Farbbändern sehen, wie bei einem Regenbogen.

Ein Absorptions-Spektrometer ist ein Gerät, bei dem man zwischen der Lichtquelle und dem Prisma eine zu untersuchende Stoffprobe bringt. Diese Stoffprobe absorbiert einen bestimmten Teil des Lichts, man sieht im Spektrum fehlenden Linien, die charakteristisch für den Stoff ist. Es ist ein Absorptionsspektrum entstanden.

Diese Entdeckung stand damals im Widerspruch zu den Vorstellungen vom kontinuierlichen Lichtspektrum. Eigentlich hätte ein Farbverlauf beobachtet werden müssen, auf keinen Fall scharf abgegrenzte Linien.

Linienspektum eines Wasserstoff-Atoms (oben: Emissionsspektrum, unten: Absorptionsspektrum):

linienspektren-wasserstoff


Im Jahre 1885 gelang es BALMER durch mühevolle mathematische Berechnungen eine empirische Formel für die Berechnung der sichtbaren Spektrallinien des Wasserstoffatoms aufzustellen. Sie wurde 1890 von Rydberg in eine praktikable Form gebracht. Dabei stellte sich heraus, das die Energiewerte der Spektrallinien ganzzahlige Vielfache darstellen.

1900 stellte sich MAX PLANCK vor, dass Atome nur Licht eindeutig gegebener Wellenlänge bzw. Frequenz absorbieren und emittieren kann. Er ging davon aus, dass Licht gequantelt sein muss, sich also aus kleinen Energiepaketen zusammensetzt.

Quant (lat. quantum: Menge) sind kleinste, nicht mehr teilbare Werte einer physikalischen Größe (z.B. die Elementarladung und Masse eines Elektrons).

NIELS BOHR nahm 1913 diese Gedanken in seinem Atommodell auf. Es begann die Atomphysik. Die Chemie wurde Teilgebiet der Physik.

1. Postulat
Elektronen dürfen nur auf bestimmten fest definierten Bahnen um den Kern kreisen. Dazwischen können sie