Hauptunterschied – Bohr vs. Quantenmodell
Das Bohr-Modell und das Quantenmodell sind Modelle, die die Struktur eines Atoms erklären. Das Bohr-Modell wird auch als Rutherford-Bohr-Modell bezeichnet, da es eine Modifikation des Rutherford-Modells ist. Das Bohr-Modell wurde 1915 von Niels Bohr vorgeschlagen. Das Quantenmodell ist das moderne Modell eines Atoms. Der Hauptunterschied zwischen dem Bohr- und dem Quantenmodell besteht darin, dass das Bohr-Modell besagt, dass sich Elektronen als Teilchen verh alten, während das Quantenmodell erklärt, dass das Elektron sowohl Teilchen- als auch Wellenverh alten hat.
Was ist das Bohr-Modell?
Wie oben erwähnt, ist das Bohr-Modell eine Modifikation des Rutherford-Modells, da das Bohr-Modell die Struktur des Atoms als aus einem von Elektronen umgebenen Kern zusammengesetzt erklärt. Aber das Bohr-Modell ist weiter fortgeschritten als das Rutherford-Modell, weil es besagt, dass sich die Elektronen immer in bestimmten Schalen oder Umlaufbahnen um den Kern bewegen. Dies besagt auch, dass diese Schalen unterschiedliche Energien haben und kugelförmig sind. Dies wurde durch Beobachtungen der Linienspektren für das Wasserstoffatom nahegelegt.
Aufgrund des Vorhandenseins diskreter Linien in den Linienspektren stellte Bohr fest, dass die Orbitale eines Atoms feste Energien haben und Elektronen von einem Energieniveau zum anderen springen können, wobei sie Energie emittieren oder absorbieren, was zu einer Linie im Linienspektren.
Hauptpostulate des Bohr-Modells
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Die Elektronen bewegen sich in sphärischen Orbitalen mit fester Größe und Energie um den Kern.
- Jede Umlaufbahn hat einen anderen Radius und wird vom Kern nach außen als n=1, 2, 3 usw. oder n=K, L, M usw. bezeichnet, wobei n die feste Energieniveaunummer ist.
- Die Energie eines Orbitals hängt von seiner Größe ab.
- Die kleinste Umlaufbahn hat die niedrigste Energie. Das Atom ist vollkommen stabil, wenn sich die Elektronen auf dem niedrigsten Energieniveau befinden.
- Wenn sich ein Elektron in einem bestimmten Orbital bewegt, ist die Energie dieses Elektrons konstant.
- Elektronen können sich von einem Energieniveau zum anderen bewegen, indem sie Energie aufnehmen oder abgeben.
- Diese Bewegung verursacht Strahlung.
Das Bohr-Modell passte perfekt zum Wasserstoffatom, das ein einzelnes Elektron und einen kleinen positiv geladenen Kern hat. Abgesehen davon verwendete Bohr die Plank-Konstante, um die Energie der Energieniveaus des Atoms zu berechnen.
Abbildung 01: Das Bohr-Modell für Wasserstoff
Aber es gab einige Nachteile des Bohr-Modells bei der Erklärung der atomaren Struktur von anderen Atomen als Wasserstoff.
Einschränkungen des Bohr-Modells
- Das Bohr-Modell konnte den Zeeman-Effekt (Effekt des Magnetfelds auf das Atomspektrum) nicht erklären.
- Es konnte den Stark-Effekt (Effekt des elektrischen Feldes auf das Atomspektrum) nicht erklären.
- Bohr-Modell kann die Atomspektren größerer Atome nicht erklären.
Was ist das Quantenmodell?
Obwohl das Quantenmodell viel schwerer zu verstehen ist als das Bohr-Modell, erklärt es genau die Beobachtungen bezüglich der großen oder komplexen Atome. Dieses Quantenmodell basiert auf der Quantentheorie. Gemäß der Quantentheorie hat ein Elektron Teilchen-Wellen-Dualität und es ist unmöglich, die genaue Position des Elektrons zu lokalisieren (Unbestimmtheitsprinzip). Daher basiert dieses Modell hauptsächlich auf der Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Elektron irgendwo im Orbital befindet. Es besagt auch, dass die Orbitale nicht immer kugelförmig sind. Die Orbitale haben bestimmte Formen für unterschiedliche Energieniveaus und sind 3D-Strukturen.
Nach dem Quantenmodell kann einem Elektron mit Hilfe von Quantenzahlen ein Name gegeben werden. Dabei werden vier Arten von Quantenzahlen verwendet;
- Hauptquantenzahl, n
- Drehimpulsquantenzahl, I
- Magnetische Quantenzahl, ml
- Spinquantenzahl ms
Die Hauptquantenzahl erklärt den durchschnittlichen Abstand des Orbitals vom Kern und das Energieniveau. Die Drehimpulsquantenzahl erklärt die Form des Orbitals. Die magnetische Quantenzahl beschreibt die Orientierung von Orbitalen im Raum. Die Spinquantenzahl gibt die Drehung eines Elektrons in einem Magnetfeld und die Welleneigenschaften des Elektrons an.
Abbildung 2: Räumliche Struktur von Atomorbitalen.
Was ist der Unterschied zwischen dem Bohr- und dem Quantenmodell?
Bohr vs. Quantenmodell |
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| Bohr-Modell ist ein von Niels Bohr (1915) vorgeschlagenes Atommodell zur Erklärung der Struktur eines Atoms. | Quantenmodell ist ein Atommodell, das als modernes Atommodell zur genauen Erklärung der Struktur eines Atoms gilt. |
| Verh alten von Elektronen | |
| Das Bohr-Modell erklärt das Teilchenverh alten eines Elektrons. | Quantenmodell erklärt den Welle-Teilchen-Dualismus eines Elektrons. |
| Anwendungen | |
| Bohr-Modell kann auf Wasserstoffatome angewendet werden, aber nicht auf große Atome. | Das Quantenmodell kann für jedes Atom verwendet werden, einschließlich kleinerer und großer, komplexer Atome. |
| Form der Orbitale | |
| Bohr-Modell beschreibt nicht die genaue Form jedes Orbitals. | Quantenmodell beschreibt alle möglichen Formen, die ein Orbital haben kann. |
| Elektromagnetische Effekte | |
| Bohr-Modell erklärt nicht den Zeeman-Effekt (Effekt des Magnetfelds) oder den Stark-Effekt (Effekt des elektrischen Felds). | Quantenmodell erklärt die Zeeman- und Stark-Effekte genau. |
| Quantenzahlen | |
| Das Bohr-Modell beschreibt keine anderen Quantenzahlen als die Hauptquantenzahl. | Quantenmodell beschreibt alle vier Quantenzahlen und die Eigenschaften eines Elektrons. |
Zusammenfassung – Bohr vs. Quantenmodell
Obwohl mehrere verschiedene Atommodelle von Wissenschaftlern vorgeschlagen wurden, waren die bemerkenswertesten Modelle das Bohr-Modell und das Quantenmodell. Diese beiden Modelle sind eng miteinander verwandt, aber das Quantenmodell ist viel detaillierter als das Bohr-Modell. Nach dem Bohr-Modell verhält sich ein Elektron wie ein Teilchen, während das Quantenmodell erklärt, dass das Elektron sowohl Teilchen- als auch Wellenverh alten hat. Dies ist der Hauptunterschied zwischen dem Bohr- und dem Quantenmodell.
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