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Dem Atom auf der Spur - Niels Bohr

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Dem Atom auf der Spur - Niels Bohr

Am 7. Oktober 1885 wurde der dänische Physiker Niels Bohr geboren. Er revolutionierte mit seinem Atommodell die Physik und war Wegbereiter der Quantentheorie. Mehr über diesen herausragenden Wissenschaftler erfahrt ihr hier ...

Niels Hendrik David Bohr wurde am 7. Oktober 1885 in Kopenhagen geboren. Sein Vater war Psychologieprofessor, seine Mutter stammte aus einer angesehenen und wohlhabenden jüdischen Familie. Mit seinem Bruder Harald, einem berühmten Mathematiker, teilte er die Vorliebe für Fußball. Harald schaffte es sogar bis zur Olympiateilnahme, gemeinsam mit Niels als Torhüter spielten sie für den dänischen Erstligisten Akademisk Boldklub.

Nach dem Abitur in Gammelhorn begann Niels Bohr mit dem Studium der Physik, Mathematik, Chemie, Astronomie und Philosophie an der Universität Kopenhagen. Schon 1906 erhielt er eine Goldmedaille für eine Arbeit über die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten. (Die Oberflächenspannung sorgt dafür, dass Insekten wie der Wasserläufer nicht untergehen.) 1911 beendete er sein Studium mit einer Doktorarbeit über die magnetischen Eigenschaften von Metallen. Danach arbeitete er mit den Nobelpreisträgern Ernest Rutherford und Joseph Thomson zusammen.

Wofür erhielt Bohr den Nobelpreis?

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wusste man zwar, dass Materie aus Atomen, also kleinsten Teilchen aufgebaut ist. Was für Eigenschaften diese Atome haben und wie sie aufgebaut sind, war aber unklar. Ernest Rutherford hatte ein Atommodell entwickelt, in dem es in jedem Atom einen zentralen Atomkern gab, der positiv geladen war. Die negativ geladenen Elektronen waren um den Kern herum in Ruhe angeordnet (siehe rechts).

Mit diesem Modell konnte man aber bestimmte, bei Atomen beobachtete Eigenschaften nicht erklären. Wenn man chemische Substanzen beleuchtet und das Licht untersucht, dann stellt man fest, dass es darin feine Linien gibt - so genannte Spektrallinien. Man hatte für dieses Phänomen keine Erklärung.

Das Sonnensystem als Modell

Erst das Bohrsche Atommodell lieferte eine überzeugende Erklärung dafür. Bohr nahm an, dass die Atome nicht einfach nur bewegungslos um den Atomkern herum angeordnet waren. In seinem Modell kreisten die Atome um den Kern auf festgelegten Bahnen, ähnlich wie die Planeten um die Sonne (siehe links, dargestellt ist ein Bariumatom).

Bohr erklärte die Spektrallinien nun so: Wenn ein Lichtstrahl ein Elektron trifft, dann hebt die Lichtenergie das Elektron auf eine höhere Bahn. Da bleibt es aber nur für extrem kurze Zeit, dann fällt es wieder herunter. Dabei gibt es die vorher aufgenommene Energie wieder in Form von Strahlung oder Licht ab.

Diese Strahlung wird aber in alle Richtungen abgegeben und nicht nur wieder in Richtung des Beobachters reflektiert. Darum erscheint im Spektrum eine schwarze Linie, weil das Licht sozusagen fehlt. Rechts siehst du den Ausschnitt des Sonnenspektrums. Die mit "C" bezeichnete schwarze Linie stammt vom Element Wasserstoff. Man kann also durch die Untersuchung von Licht herausfinden, welche Elemente zum Beispiel in einem Stern vorhanden sind.

Energie in Paketen

Bei sich bewegenden Elektronen tauchte aber ein anderes Problem auf: Nach der klassischen Physik hätten die Elektronen eigentlich unter Abgabe von Strahlung innerhalb kürzester Zeit auf den Atomkern prallen müssen. Die Entwicklung des Universums wäre undenkbar gewesen. Bohr entwickelte den damals revolutionären Gedanken, dass Elektronen nur auf bestimmten Bahnen vorkommen dürfen und Energie nur in kleinen und festgelegten Paketen abgegeben oder aufgenommen werden kann die Grundlage für die Quantentheorie war geschaffen (Quantum bedeutet bestimmte Menge).

Falls sich das jetzt sehr kompliziert anhört: Stell dir vor, du steigst auf einer Leiter auf und ab. Die Sprossen sind die festgelegten Bahnen. Und für jede Sprosse brauchst du eine bestimmte Anstrengung (Energieeinheit, Quantum), um sie zu erreichen. Je höher, desto mehr Energie. So ähnlich funktioniert das auch im Atomkern.

Ein Leben für das Atom

Niels Bohr engagierte sich im Widerstand gegen die Nazis, als diese Dänemark besetzt hatten. Er flüchtete in die USA und arbeitete dort mit seinem Sohn am Bau der Atombombe mit. Aber er wollte atomares Wissen teilen und nicht geheim halten und wurde dafür von Winston Churchill fast als Kriegsverbrecher und Hochverräter angesehen. In der Nachkriegszeit setzte sich Bohr für die friedliche Nutzung der Kernkraft ein.

Niels Bohr starb am 18. November 1962 in Kopenhagen. Heute ziert sein Konterfei den 500 Kronen-Schein.

Mehr über andere berühmte Wissenschaftler erfährst du in unserer gleichnamigen Rubrik "Berühmte Wissenschaftler".

Hier erfährst du noch etwas detaillierter, was es mit dem Bohrschen Atommodell auf sich hat.

Text: -jj- 19.6.2007 // Bilder: Portrait: PD; Atommodell Ingmar Runge/PD; Fraunhoferlinien PD

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