Nach Bohr bewegen sich die Elektronen nur auf bestimmten um den Kern. Zu jeder davon gehört eine feste ; dazwischen gibt es keinen erlaubten Zustand. Um nach außen zu springen, muss ein Elektron Energie . Fällt es zurück nach innen, gibt es die überschüssige Energie als ab.
Das sind Bohrs drei Sätze aus der Erklärung — Schalen, feste Energiestufen, Sprünge mit Energieaufnahme oder Lichtabgabe.
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Wer ist wer im Schalenmodell?
AFB I
Klicke im Bild jeweils das Element an, nach dem gefragt wird.
Klicke das gesuchte Element im Bild an. Mit der Tastatur: Tab oder Pfeiltasten zum Wandern, Enter zum Auswählen.
Von innen nach außen: K (2 Plätze), L (8), M (18). Je weiter außen ein Elektron sitzt, desto mehr Energie hat es — das äußere Elektron ist also das energiereichere, das Elektron auf der K-Schale das energieärmste.
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Schritt für Schritt: Chlor besetzen
AFB I
Ein Chloratom hat 17 Elektronen. Verteile sie von innen nach außen auf die Schalen.
Jeder Schritt schaltet den nächsten frei.
Wie viele Elektronen sitzen auf der K-Schale?Elektronen
Wie viele auf der L-Schale?Elektronen
Wie viele bleiben für die M-Schale?Elektronen
Wie viele Plätze auf der M-Schale bleiben frei?Plätze
2 + 8 + 7 = 17. Die M-Schale hat 18 Plätze, davon sind nur 7 belegt — Chlor „fehlt“ nur ein Elektron bis zur nächsten stabilen Achterschale. Deshalb reagiert es so gern mit Natrium, dem ein Elektron „zu viel“ ist.
Erst K ganz voll machen (2 · 1² Plätze), dann L (2 · 2² Plätze), der Rest geht auf M.
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Fünf Elemente, fünf Besetzungen
AFB II
Setze in jeder Zeile ein Kreuz bei der Schalenbesetzung, die zu dem Element passt. Die Zahl in Klammern ist die Anzahl der Elektronen.
Genau ein Kreuz pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Element
K 2
K 2 · L 1
K 2 · L 8
K 2 · L 8 · M 1
K 2 · L 8 · M 8
Lithium (3)
Argon (18)
Helium (2)
Natrium (11)
Neon (10)
Lithium und Natrium haben beide ein einzelnes Elektron ganz außen — deshalb verhalten sie sich chemisch so ähnlich. Helium, Neon und Argon haben nur volle Schalen (bei Argon zählt die stabile Achterschale) und reagieren kaum: die Edelgase.
Zähle die Zahlen in jeder Spaltenüberschrift zusammen — die Summe muss die Elektronenzahl des Elements sein.
Das dritte Fach ist die eigentliche Pointe von Bohr: 5 eV reichen nicht bis zur nächsten Stufe, und „ein bisschen anheben“ gibt es nicht. Entweder das Elektron erreicht eine erlaubte Stufe — oder gar nichts passiert.
Nach außen = aufnehmen, nach innen = abgeben. Und wenn keine Stufe getroffen wird, passiert nichts.
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Warum die Neonröhre rot leuchtet
AFB II
Bringe die Schritte in die richtige Reihenfolge — vom Einschalten bis zum roten Licht.
Ziehe die Zeilen mit der Maus oder verschiebe sie mit den Pfeil-Buttons, bis die Reihenfolge stimmt.
1Strom fließt durch die Röhre; schnelle Teilchen stoßen auf Neonatome.
2Ein Elektron nimmt beim Stoß Energie auf.
3Es springt auf eine weiter außen liegende Schale — das Atom ist angeregt.
4Nach kurzer Zeit fällt das Elektron wieder nach innen.
5Die überschüssige Energie wird als Lichtquant abgegeben.
6Weil die Stufen fest liegen, hat das Licht immer dieselbe Farbe: Neon leuchtet rot.
Anregen, Zurückfallen, Leuchten — das ist der Kreislauf in jeder Leuchtstoffröhre und jeder Natriumdampflampe. Die Farbe entscheidet allein der Energieunterschied der beteiligten Schalen, und der ist bei jedem Element anders.
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Die Besetzungsregel als Term
AFB II
Auf der K-Schale (n = 1) haben 2 Elektronen Platz, auf der L-Schale (n = 2) 8, auf der M-Schale (n = 3) 18. Gib den Term an, mit dem man die Anzahl der Plätze aus der Schalennummer n berechnet. Verwende * für das Malzeichen und ^ für Hochzahlen.
Gib den Term ein. Enter prüft ebenfalls.
2 · n². Probe: n = 1 gibt 2, n = 2 gibt 8, n = 3 gibt 18 — und für die N-Schale (n = 4) sagt die Regel 32 Plätze voraus.
Teile alle drei Zahlen durch 2: 1, 4, 9. Woran erinnern dich diese Zahlen?
1, 4, 9 sind die Quadratzahlen 1², 2², 3². Also Plätze = 2 · n², eingegeben als 2*n^2.
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Die blaugrüne Linie des Wasserstoffs
AFB II
Beim Wasserstoff liegen die Energiestufen bei 0 eV (K, n = 1), 10,2 eV (L, n = 2), 12,1 eV (M, n = 3) und 12,75 eV (N, n = 4). Ein Elektron fällt von der N- auf die L-Schale. Welche Energie hat das abgegebene Lichtquant? Gib das Ergebnis in eV an.
Energie des Lichtquants = Energie der äußeren Schale − Energie der inneren Schale.
12,75 eV − 10,2 eV = 2,55 eV. Das ist sichtbares blaugrünes Licht — die zweite Linie im Wasserstoffspektrum, direkt neben der roten Linie mit 1,9 eV (M → L). Beide Sprünge enden auf der L-Schale; nur deshalb liegen sie im sichtbaren Bereich.
Nicht die Energie der N-Schale ist gesucht, sondern der Unterschied zwischen N und L.
E = 12,75 eV − 10,2 eV = 2,55 eV.
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Fehlersuche: Sätze über Bohrs Modell
AFB II
In diesem Text stecken drei Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an.
Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Alle drei Fehler kreisen um dieselbe Idee: Es gibt nur die Stufen, nichts dazwischen — und Richtung nach außen heißt Energie hinein, nach innen heißt Licht heraus.
Genau drei Zeilen sind falsch. Eine verwechselt die Richtung, eine erfindet einen Platz zwischen den Stufen, eine erklärt die Stabilität falsch.
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Trickaufgabe: Welche Energietreppe ist Bohrs Treppe?
AFB III
Vier Skizzen zeigen, wie die Energie eines Elektrons mit der Schale K, L, M, N zusammenhängen könnte. Nur eine passt zu dem, was du im Applet und bei Aufgabe 8 beobachtet hast. Welche?
Klicke die passende Karte an und prüfe dann. Mit der Tastatur: Tab zur Karte, Enter auswählen.
Richtig ist B: Der erste Sprung K → L kostet 10,2 eV, L → M nur noch 1,9 eV, M → N sogar nur 0,65 eV — die Stufen rücken nach außen immer enger zusammen. C ist Rutherfords Welt ohne Stufen, in der jedes Atom alle Farben abstrahlen könnte. A und D sind Treppen, aber mit den falschen Abständen.
Vergleiche die drei Sprünge K → L, L → M und M → N: 10,2 eV, 1,9 eV, 0,65 eV. Werden die Abstände größer, kleiner oder bleiben sie gleich?
Die Abstände werden nach außen immer kleiner, also müssen die Stufen oben dicht beieinanderliegen — Skizze B. Eine Rampe (C) ist ausgeschlossen, weil es dann keine festen Farben gäbe.
