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26.10.2021

07.10.2021

Nachhaltig neu gedacht: Modellbau vor 100 Jahren

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Niels Bohr
Niels Bohr (1954)
Foto: lex.dk [CCO]
Der 7. Oktober 1885 ist der Geburtstag eines Mannes, mit dessen Lebenswerk sich jeder Chemieinteressierte und auch die weniger Interessierten, die Chemie in der Schule als Pflichtfach belegen mussten, mindestens einmal im Leben auseinandergesetzt hat.

Niels Bohr, dänischer Naturwissenschaftler und Meister der kreativen Denkansätze, stellte 1913 - nur zwei Jahre nach den bahnbrechenden Erkenntnissen von Ernest Rutherford bezüglich des Aufbaus von Atomen - ein neues Atommodell vor. Die Grundaussagen dieses Modells werden bis heute in allen Modellen angewendet, um den Aufbau von Atomen zu erklären oder darzustellen.

Wer wirklich Neues erdenken will, kann gar nicht genug verrückt sein.
Niels Bohr (1885-1962)

wird Niels Bohr zitiert. Mit den Postulaten zu seinem Atommodell hat er genau das getan. Unter Zuhilfenahme von Theorien seiner Wissenschafts-Kollegen Max Planck und Albert Einstein, verknüpfte er das Kern-Hülle-Modell von Rutherford mit den Vorstellungen der Quantenmechanik. 1922 erhielt er "für seine Verdienste um die Erforschung der Struktur der Atome und der von ihnen ausgehenden Strahlung" den Physik-Nobelpreis.

Doch was war so neu und so verrückt an seinen Überlegungen? Zunächst postulierte er, dass sich die negativ geladenen Elektronen in bestimmten diskreten und stabilen Kreisbahnen unterschiedlich großer Radien um den positiv geladenen Kern bewegen, ohne dabei elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Denn diese würde dazu führen, dass die Elektronen vom Atomkern angezogen würden und ihre Kreisbahnen verlassen müssten.

In seinem zweiten Postulat nahm er an, dass Elektronen zwar strahlungslos auf ihren Bahnen kreisen, aber unter Emission bzw. Absorption von Strahlungsenergie auf "Umlaufbahnen" mit größerem bzw. kleinerem Radius, also in Bereiche mit geringerer oder höherer Bindungsenergie, gelangen können. Der Übergang zwischen den Kreisbahnen, also zwischen den verschiedenen Energieniveaus, erfolgt nach seinen Annahmen nicht kontinuierlich, sondern als Quantensprung.

Mit diesen Überlegungen setze er die Gesetze der klassischen Elektrodynamik und Mechanik außer Kraft. Daher legte er als Drittes fest, dass sich mit wachsendem Bahnradius die Frequenz der emittierten bzw. absorbierten Strahlung der Umlauffrequenz des Elektrons annähert. Oder allgemein ausgedrückt: Mit wachsendem Bahnradius gehen die Gesetze der Quantenmechanik in die der klassischen Mechanik über.

1918 formulierte er schließlich das sogenannte Korrespondenzprinzip, das besagt, dass bei großen Quantenzahlen die Aussagen der Quantentheorie mit denen der klassischen Physik korrespondieren. Einige Jahre später und unter dem Einfluss der Erkenntnisse von Werner Heisenberg und Erwin Schrödinger, entwickelte Bohr auch das Komplementärprinzip, das besagt, dass sich methodisch verschiedene Beobachtungen eines Phänomens gegenseitig ausschließen, aber dennoch ergänzen können. Damit ermöglichte er eine widerspruchsfreie Deutung quantenmechanischer Erscheinungen.

Neben seinen naturwissenschaftlichen Erfolgen ist Niels Bohr auch als "Privatmann" eine zu würdigende Persönlichkeit. Anders als viele Wissenschaftler seiner Zeit, die sich - aus Desinteresse oder um ihre Karriere zu schützen - nicht politisch einmischten, engagierte sich Niels Bohr während des Zweiten Weltkrieges im dänischen Widerstand gegen die deutschen Besatzer, bevor er aufgrund seiner jüdischen Wurzeln fliehen musste.

Obwohl Bohr sich sehr für die Atomphysik und der Direktor des Manhattan Project sich wiederum sehr für ihn interessierte, kämpfte er nach dem Abwurf der Atombomben über Japan aktiv gegen den Bau von Atomwaffen. Sein Engagement für Frieden und Abrüstung brachte ihm 1957 den erstmals verliehenen "U.S. Atoms for Peace Award" ein. Neben vielen anderen Auszeichnungen, die Niels Bohr zeitlebens erhielt, trägt das Element mit der Ordnungszahl 107 ihm zu Ehren den Namen Bohrium.

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Autor: Anke Fähnrich


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