Überblick

Bohrs Comeback

Dank moderner Erweiterungen eignet sich Bohrs Atommodell doch für Mehrelektronensysteme.

  • Dudley R. Herschbach, Marlan O. Scully und Anatoly A. Svidzinsky
  • 07 / 2013 Seite: 37

Die alte Quantentheorie, wie sie Niels Bohr 1913 vorgestellt hat, versagt schon bei der Anwendung auf Systeme mit wenigen Elektronen. Doch ist das wirklich so? Ungeachtet dieser gängigen Meinung stellte sich ein Jahrhundert später heraus, dass Bohrs Modell – mit geringfügigen Erweiterungen – überraschend genau die Potentialkurven des Wasserstoffmoleküls sowie von anderen Molekülen vorhersagen kann. Darüber hinaus bietet es einen aufschlussreichen Einblick in die Struktur von Atomen mit mehreren Elektronen.

Der berühmte Physiker Lew Landau wurde einmal gefragt, ob er ein Genie sei. Er soll darauf geantwortet haben: „Nein, ich bin sehr talentiert. ‚Genie‘ ist für Leute wie Bohr und Einstein reserviert.“ Wie Landau zu diesem Urteil kam, lässt schon ein kurzer Blick auf die Skizzen von Molekülstrukturen erahnen, die Bohr bereits ein Jahr vor dem Erscheinen seiner gefeierten Trilogie von Artikeln „Über die Konstitution von Atomen und Molekülen“ angefertigt hatte. Diese Darstellung entstammt einem kurzen Brief vom Juli 1912 an Ernest Rutherford, der auch als „Manchester-Memorandum“ bekannt ist. Bohr übermittelte darin seine Anmerkungen zur Struktur und Stabilität von Molekülen, um die Rutherford ihn gebeten hatte. In diesen Skizzen erleben wir Bohr in Bestform: Anhand des Planetenmodells unternahm er es, die Bindung in verschiedenen Molekülen auf sehr ansprechende und intuitive Weise zu erläutern. Insbesondere erkennen wir dort das Bohrsche Modell eines Wasserstoffmoleküls, in dem zwei Kerne durch einen festen Abstand getrennt sind und sich die beiden Elektronen auf Kreisbahnen um die Molekülachse bewegen.

Ungeachtet der überraschenden Genauigkeit der Beschreibung eines Atoms mit einem Elektron erwiesen sich jedoch Versuche, Bohrs Modell auf das H2-Molekül oder noch größere Systeme anzuwenden, als unbefriedigend. Allerdings sind nur geringfügige Erweiterungen nötig, damit das Bohrsche Modell für die Potentialkurven von H2 und anderen Molekülen erstaunlich genaue Ergebnisse liefert und eine neue Perspektive auf den Aufbau von Atomen mit mehreren Elektronen bietet. Daher entbehrt es nicht einer gewissen Ironie, dass Bohrs Bild der Moleküle sich nie durchsetzten konnte, denn es ist physikalisch ansprechend und aufschlussreich, wie wir im Folgenden zeigen möchten. ...

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