Abitur Physik am Gymnasium Trittau/Atommodelle
Atommodelle
Die wohl bekanntesten und wichtigsten Atommodelle, zu unserer Zeit sind wohl, die von Rutherford und Nils Bohr. Damit diese beiden Modelle entwickelt werden konnten machten sich bereits andere Physiker und Philosophen, in der Antike, Gedanken über die Zusammensetzung von Materie.
Das Demokrit Modell
Die zwei griechischen Philosophen Leukipp und Demokrit erschlossen sich, durch reines nachdenken, dass Materie nicht unendlich teilbar sei. Sie stellten also die Theorie auf, dass Materie aus unteilbaren Atomen bestehe. Dadurch sind Atome auch benannt. Atomos kommt aus dem griechischen und bedeutet "unteilbar". Das Atom sei also das kleinste Teilchen, also der Grundbaustein von Materie. Nach dem Heutigen Kenntnisstand sind das Quarks und Leptonen.
Modell nach Dalton
1803 ergänzte John Dalton, die Vorstellung von Demokrit auf der Grundlage, des Gesetzes der konstanten Mengen Verhältnisse. Elemente bestanden aus unteilbaren Atomen die sich in Masse und Größe unterscheiden. Durch dieses erste konkrete Atommodell konnte L. Boltzmann Diffusion, Brown'sche Bewegung und Aggregatzustände erklären.
Das Rosinenkuchen Modell
Der Physiker J.J. Thomson führte Experimente bei Gasentladung durch. Diese kann man mit dem heutigen bekannten Versuch, des Massensprektrometers, vergleichen. Ionen werden durch ein Elektrisches Feld beschleunigt und durch ein Magnetfeld geschossen. Durch die unterschiedliche Ablenkung kann man die Massen der Ionen bestimmen. Als Thomson herausfand, dass es Teilchen gab die noch eine kleinere Masse haben müssen als Atome und es positive und negative Ladung geben müsse stellte er das Thomson'sche Atommodell auf. Atome bestanden, nach ihm, aus negativ geladenen Elektronen, sowie positiv geladenen Teilchen, die gleichmäßig im Atom verteilt sind. Die Atome sind im gesamten neutral, können aber Ladung abgeben wodurch geladene Ionen entstehen. Es wird aufgrund der Ähnlichkeit auch Rosinenkuchen Modell genannt. Die genaue Vorstellung des inneren vom Atom kam von P. Lenard. Er schoss die Elektronen auf eine Aluminium Folie und nur wenige, die langsam waren kam nicht hindurch. Deshalb kam er zu dem Schluss das das innere zwar leer aber mit elektrischen Felder gefüllt sein müsse.
Rutherford'sche Atommodell
Rutherford führte ähnliche Experimente, wie Thomson durch. Er ersetzte die Ionen bzw. Elektronen durch Alphateilchen, diese wurden ebenfalls auf eine Metallfolie geschossen. Obwohl die Alphateilchen eine größere Masse als Elektronen haben wurden auch bei diesem Versuch nur wenige abgelenkt und falls sie abgelenkt wurden war der entsprechende Winkel nur zwischen 0° und 180°. Daraus ließ sich schließen, dass nicht die Elektronen Impulse auf einander ausübten, sondern eine größere Masse innerhalb des Atoms. Zusätzlich muss diese Masse kleiner sein als die Masse innerhalb der Atome aus der Metallfolie. Denn nach dem Impulserhaltungssatz, würden die Teilchen bei gleicher Masse stehen bleiben und bei Größerer die Atome aus der Folie schießen. Ernest Rutherford entwickelte also 1911 das sogenannte Planetenmodell. Seiner Vorstellung nach befindet sich die gesamte Masse des Atoms im positiven Kern. Seine Messungen ergaben für den Kern einen Durchmesser von 10^-14 m. Die gesamte negative Ladung, die Elektronen, kreisten in Ellipsen um den Kern.
Zwar konnten nun die Streuversuche erklärt werden, allerdings nicht die Stabilität von Atomen. Nach der klassischen Physik würden die Elektronen allerdings mit der Zeit Energie verlieren, denn sie senden elektromagnetische Wellen bei der Bewegung aus, und die Anziehungskraft des Kerns wäre stärker als sie Zentripetalkraft, die sie auf der Kreisbewegung halten würde. Als Folge würden die Atome zusammenfallen.
