Niels Bohr: Frühes Leben und Ausbildung
Sie wissen wahrscheinlich, dass alle Materie aus sehr, sehr kleinen Teilchen besteht, die Atome genannt werden, aber haben Sie sich jemals gefragt, wie genau ein Atom funktioniert und wie das Innere eines Atoms aussieht? Vor etwa 100 Jahren fragte sich ein junger dänischer Wissenschaftler namens Niels Bohr dasselbe. Seine Neugierde und seine Forschungen führten dazu, dass er ein neues Modell des Atoms entwickelte, das heute als Bohr-Modell bekannt ist. Doch bevor wir mehr über seine Arbeit und Errungenschaften erfahren, wollen wir Niels Bohr kennenlernen.
Im Oktober 1885 begrüßten Christian und Ellen Bohr in Kopenhagen, Dänemark, einen kleinen Jungen in ihrer Familie und nannten ihn Niels. Er hatte bereits eine ältere Schwester, Jenny, und ein paar Jahre später kam auch noch ein Bruder, Harald, zur Familie. Im Jahr 1903, als er 18 Jahre alt war, schrieb sich Neils Bohr als Student an der Universität Kopenhagen ein, um Physik zu studieren. Zwei Jahre später kam sein Bruder Harald hinzu. Die beiden Bohr-Brüder standen sich immer sehr nahe und wurden beide einflussreiche Professoren an der Universität Kopenhagen; Neils auf dem Gebiet der Physik und Harald in der Mathematik.
Im Jahr 1911 schloss Bohr seine Ausbildung an der Universität Kopenhagen ab, als er für seine Arbeit über das Verhalten von Elektronen in einem Metall den Doktor der Philosophie (Ph.D.) in Physik erhielt. Nur ein Jahr später heiratete er Margrethe Norlund und die beiden bekamen insgesamt 6 Kinder, darunter einen Sohn, Aage, der schließlich wie sein Vater einen Nobelpreis für Physik erhalten sollte!
Nach seiner Promotion lehrte Bohr einige Jahre an der Victoria University, kehrte aber 1916 an die Universität Kopenhagen zurück und es sollte nicht lange dauern, bis er einige wichtige Beiträge zu unserem Verständnis des Atoms leistete.
Bohrs Modell des Atoms
Niels Bohr war daran interessiert, zu verstehen, was im Inneren eines Atoms vor sich geht. Atome sind so winzig, dass es unmöglich war, in ihr Inneres zu sehen, besonders in den frühen 1900er Jahren. Um herauszufinden, was im Inneren des Atoms vor sich ging, musste er das Verhalten der Atome studieren und dann ein Modell entwickeln, das das Geschehen erklärte. In der Wissenschaft ist ein wissenschaftliches Modell eine Idee darüber, wie die Natur funktioniert, die getestet werden kann und dazu dient, viele beobachtete Phänomene zu erklären.
Bohr studierte die Modelle des Atoms, die bereits von Wissenschaftlern verwendet wurden, und verbesserte sie mit einem neuen Modell, das besser erklärte, wie Atome tatsächlich funktionierten. Sein neues Modell wurde nach ihm benannt und wird das Bohrsche Atommodell genannt. Im Bohr-Modell werden positiv geladene Protonen und neutrale Neutronen fest im Kern, oder Zentrum, des Atoms gehalten. Negativ geladene Elektronen bewegen sich in definierten Bahnen um den Kern.
Nach dem Bohr’schen Modell umkreisen die Elektronen den Kern in definierten Orten, den sogenannten Schalen. Für einige Elektronenschalen müssen die Elektronen mehr Energie haben als für andere, wenn also ein Elektron etwas Energie aufnimmt, kann es in eine Schale mit höherer Energie wandern. Bewegt es sich in die andere Richtung, von einer hochenergetischen zu einer niederenergetischen Schale, gibt es ein kleines Energiepaket, ein sogenanntes Quantum, ab.
Dieses Modell erklärte das Verhalten der Atome sehr gut. Insbesondere erklärte es, warum einige Elemente dazu neigten, leichter chemische Bindungen einzugehen als andere. Bohr sagte, dass Atome am stabilsten sind, wenn die äußeren Elektronenbahnen voll sind. Bei den meisten Atomen bedeutet dies, dass sie acht Elektronen haben. Elemente, deren Atome bereits eine volle äußere Elektronenschale haben, sind sehr stabil und gehen nicht ohne weiteres Bindungen mit anderen Atomen ein. Beispiele für diese Art von Atomen sind die Edelgase, wie Neon und Argon. Wenn Atome nicht bereits acht Atome in ihrer äußeren Elektronenschale haben, neigen sie dazu, sich mit anderen Atomen zu verbinden, um die äußere Schale zu vervollständigen und stabiler zu sein. Diese Arten von Atomen existieren selten allein, sondern sind fast immer an andere gebunden, um eine volle äußere Elektronenschale zu erhalten.
Auszeichnungen und Vermächtnis
Im Jahr 1922 erhielt Niels Bohr den Nobelpreis für Physik für seine Arbeit, die unser Verständnis der atomaren Struktur voranbrachte. Obwohl er am besten für die Entwicklung des Bohrschen Atommodells bekannt ist, hat er in seinem Leben auch viele andere Dinge erreicht. Er verbrachte viele Jahre damit, den Atomkern zu studieren und wie er gespalten werden kann, um Energie freizusetzen. Seine Forschungen flossen in die Entwicklung von Atomwaffen und Kernenergie ein, und er verbrachte einen großen Teil seines späteren Lebens damit, die friedliche Entwicklung der Kernenergie zu fördern und Probleme anzugehen, die sich aus der Entwicklung von Atomwaffen während des Zweiten Weltkriegs ergaben. In Anerkennung seiner Bemühungen um eine verantwortungsvolle Nutzung der Atomenergie wurde Niels Bohr 1957 mit dem Atoms for Peace Award ausgezeichnet.