Teil 11: Bohrsches Atommodell - Wilhelm-Heinrich-Riehl

Wilhelm - Heinrich - Riehl - Kolleg Landeshauptstadt Düsseldorf

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Der zweite Bildungsweg

Grundkenntnisse für Biologiekurse

Teil 11

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Wiederholung: Rutherfordsches Atommodell am Beispiel des Wasserstoffatoms • Protonenanzahl: 1 Elektronenanzahl: 1 1+

Das Wasserstoffatom ist elektrisch neutral. Wasserstoffatom (H-Atom)

• Der Durchmesser des Atoms ist riesig im Vergleich zum Kerndurchmesser.

• Das Elektron kreist sehr schell um den Atomkern. Der Bahnradius ist dabei beliebig! Es gilt jeweils: elektrostatische = Zentrifugalkraft Anziehungskraft

• Mit den Massen verhält es sich umgekehrt: Fast die gesamte Masse des Atoms entfällt auf den Kern.

stabile Kreisbahn: Das Elektron stürzt nicht in den Kern!

nun: Kern-Hülle-Modell

Versuch mit Wasserstoff

2

Dazu benötigte Gegenstände ... 2. Transformator

1. WasserstoffSpektralröhre

Die Röhre ist luftleer. Sie ist stattdessen mit einer kleinen Menge Wasserstoff gefüllt. Sie besitzt zwei Elektroden: + Pol und - Pol.

3. Geradsichtprisma

Der Transformator wird an das Stromnetz angeschlossen: Wechselspannung, 230 Volt. Er hat zwei Aufgaben: • Erzeugung von Gleichspannung. • Erzeugung von 6000 Volt Spannung.

Das Geradsichtprisma ist aus Glas und bricht das Licht. Es erzeugt das Spektrum geradeaus. Das normale Prisma erzeugt das Spektrum seitlich. 3

Raum abdunkeln

WasserstoffSpektralröhre Geradsichtprisma

Ausschnitt bei abgedunkeltem Raum

6000 Volt Gleichspannung

Transformator

Herausgreifen der markanten Linien Ergänzung

Hα: rote Linie (656 nm) Hβ: grün-blaue Linie (486 nm) Hγ: violette Linie (434 nm) Hδ: violette Linie (410 nm)

4 Erklärung?

Erklärung mit dem Rutherfordschen Atommodell?

1+

Es wurde festgestellt: Das Rutherfordsche Atommodell gibt keine Erklärung für die Linien!

Wasserstoffatom nach dem Rutherfordschen Atommodell

?

Linienspektrum

Erst Bohr gab mit seinem Atommodell von 1913 eine Erklärung!

5

Bohrsches Atommodell (1913) Wasserstoffatom

Atomkern: 1 Proton Elektronenhülle: 1 Elektron

Grundzustand

Elektronenschale:

Schalennummer (= Hauptquantenzahl):

K - Schale L - Schale

n=1 n = 2Symbol: n

M - Schale

n=3

N - Schale

n=4

O - Schale

n=5

P - Schale

n=6

Q - Schale

n=7



6

Welche Kräfte sind wirksam? Wasserstoffatom elektrostatische Anziehungskraft Q P O N M L

Zentrifugalkraft

K

elektrostatische = Zentrifugalkraft Anziehungskraft

stabile Kreisbahn

Grundzustand

7

Die Elektronen können springen ... ... von der K- auf die L-Schale. elektrische, thermische oder optische Anregung der Atome

N

...

M L K

Energiequant = E1 E1

Grundzustand

angeregter Zustand

8

Die Elektronen können springen ... ... von der K- auf die M-Schale. elektrische, thermische oder optische Anregung der Atome

N

...

M L K

Energiequant = E2

E2

Grundzustand

angeregter Zustand

9

Die Elektronen können springen ... ... von der K- auf die N-Schale. elektrische, thermische oder optische Anregung der Atome

N

...

M L K

Energiequant = E3 E3

Grundzustand

angeregter Zustand

10

Die Elektronen springen zurück ... ... auf die K-Schale.

K L M N OPQ

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Die Elektronen springen zurück ... ... auf die L-Schale.

K L M N OPQ

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Die Elektronen springen zurück ... ... auf die M-Schale.

K L M N OPQ

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Wichtig! Bei jedem Sprung zurück werden Energiequanten abgegeben in Form elektromagnetischer Strahlung! Es bilden sich Linienspektren. Sie werden mit Namen bezeichnet.

Die Sprünge auf die .... - K-Schale bilden die Lyman-Serie. - L-Schale bilden die Balmer-Serie. - M-Schale bilden die Paschen-Serie. - N-Schale bilden die Brackett-Serie. - O-Schale bilden die Pfund-Serie. Bei manchen Elektronensprüngen ist diese Strahlung sichtbar! Sie liegt also im Lichtbereich!

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UV Lichtbereich UV

Spektroskopie

λ= 380 nm

Linse

Hδ

UV

Prisma

K L M N OPQ

IR

Balmerserie

Hγ

Hβ Lichtbereich Hα

Spalt

λ= 780 nm IR

Emissionsspektrum

IR

IR IR 15

Vergleich Wasserstoffatom nach Rutherfordschem Atommodell

1+

Wasserstoffatom nach Bohrschem Atommodell

Energieniveau:

K-Schale

niedrig

Q-Schale

hoch

1+

Beliebiger Bahnradius!

Wenn sich das Elektron auf der K-Schale befindet, ist es auf einem niedrigeren Energieniveau als auf der Q-Schale, denn es muss Energie zugeführt werden, um es auf die Q-Schale zu befördern!

Elektronenschalen = unterschiedliche Energiestufen! 16

Ende

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