Atommodelle und Lichtentsehung

Question 1

Sie kennen die Grundidee des Streuversuchs von Rutherford.

Answer 1

Rutherford:
Der ursprünglich aus Neuseeland stammende Physiker
Ernest Rutherford (1871-1937) beschiesst eine dünne
Goldfolie mit Teilchen (aus einer radioaktiven Quelle).

Eineinhalb Jahre später, im Jahre 1911, hat Ernest Rutherford die entscheidende Idee:
«Ich weiss jetzt, wie ein Atom aussieht.»

Rutherford erklärt die Streuung der positiv geladenen Teilchen durch elektrische Abstossung (nicht durch mechanische Stösse) vom ebenfalls positiv geladenen massiven Atomkern.

Das Atom (Durchmesser 10–10 m) besteht aus einem sehr kleinen, positiv geladenen Kern (Durchmesser 10–14 m), der fast die gesamte Masse des Atoms enthält, und viel leerem Raum, in dem die negativ geladenen Elektronen um den Kern herum kreisen.

Im Rutherford’schen Atommodell kreisen Elektronen um den Kern. Nach den Gesetzen der klassischen Physik sollten sie dabei elektromagnetische Wellen ausstrahlen, dadurch Energie verlieren und in den Kern abstürzen.

Question 2

Sie wissen wie das Licht in der Atomhülle entsteht und wie die charakteristischen Linienspektren zustande kommen.

Answer 2

Wichtige Folie: Kapitel 11, Folie 8
Wir haben gesehen, dass Licht bei Übergängen von Elektronen von höheren auf tiefere Energieniveaus in der Atomhülle entsteht. Da gemäss dem Bohr’schen Atommodell nur ganz bestimmte Energieniveaus möglich sind, die sich zudem zwischen den verschiedenen Atomen unterscheiden, ergibt sich für jedes Element ein charakteristisches Linienspektrum.
Dies ist aber nur im gasförmigen Zustand unter geringem Druck der Fall.

Weshalb entsteht dann bei einem leuchtenden Gas unter hohem Druck ein kontinuierliches Spektrum?
Mit steigender Temperatur und steigendem Gasdruck stossen die Gasatome häufiger aufeinander (die Elektronenhüllen werden deformiert und die Aufenthaltsdauer von Elektronen auf höheren Energieniveaus vermindert). Dadurch werden die Spektrallinien verbreitert, so dass sie schliesslich ein Kontinuum bilden (ähnlich dem eines glühenden
Festkörpers). Zudem kann die Dopplerverschiebung als Erklärung beigezogen werden.

Question 3

Sie kennen den Atomaufbau nach Bohr.

Answer 3

Der dänische Physiker Niels Bohr postuliert um 1914:
1. Atome bestehen aus einem Kern und den Elektronen,
die um den Kern herum kreisen (Rutherford, 1911).

2. Die Elektronen können sich nur auf bestimmten Bahnen bewegen. Dort verlieren sie keine Energie.
3. Wenn einem Elektron Energie zugeführt wird, kann es
   auf eine äussere Bahn springen. Dort bleibt es nur sehr
   kurze Zeit (10–8 s) und springt dann wieder auf eine
   tiefere Bahn. Dabei gibt es die aufgenommene Energie
   in Form von Strahlung wieder ab.