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Naturwissenschaftliche Wochenschrift. 



N. F. XVIII. Nr. 4 



einer gespannten Saite. Auch diese sendet bei 

 unveranderter Lange und Spannung einige wenige 

 Tone aus, namlich neben dem Grundton als dem 

 tiefsten die harmonischen Obertone, deren 

 Schwingungszahlen das 2, 3, 4 ... fache von der 

 des Grundtones sind. Die Beziehungen zwischen 



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den Schwingungszahlen v der Spektrallinien sind 

 indessen nicht so einfacher Art. Man faflt einzelne 

 Linien, die gleiches Aussehen und gleiches physi- 

 kalisches Verhalten (z. B. bei Druckanderungen) 

 zeigen, zu Gruppen, denSerien, zusammen. Es 

 ist wahrscheinhch, dafi die Linien einer Serie durch 

 ein und denselben Vorgang im Innern des Atoms 

 erregt werden. Im Jahre 1885 ist es Balmer 

 gelungen, fur die obengenannte Serie des Wasser- 

 stoffs folgende Formel aufzustellen : 



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Hier bedeutet v eine Konstante, die Ryd- 

 berg'sche Zahl oder Fundamentalfrequenz (so- 

 genannt nach dem schwedischen Forscher). Setzt 

 man fur n nacheinander die Werte 3, 4 ... 

 bis 31 ein, dann erhalt man mit erstaunlicher 

 Genauigkeit die Schwingungszahlen v der samt- 

 lichen Linien (es sind 29), die Wasserstoff im 

 sichtbaren Teil des Spektrums zeigt (die soge- 

 nannte Balmerserie). Fur andere Elemente 

 hat man ahnliche Formeln gefunden. 



Bringt man das leuchtende Gas in ein hin- 

 reichend kraftiges magnetisches Feld, so beobachtet 

 man eine Aufspaltung der Spektrallinien, d. h. zu 

 beiden Seiten jeder Linie treten neue auf. Ihr 

 Abstand hangt von der Feldstarke ab. Man nennt 

 die Erscheinung nach ihrem Entdecker Zeeman- 

 Effekt (1896). Ein starkes elektrische Feld hat 

 einen ahnlichen Erfolg (S tark- Effekt ') 1913). 



4. Neben dem optischen senden die Atome 

 das Hochfrequenz- oder Rontgenstrahlspektrum 2 ) 

 aus, wenn man z. B. das Element als Antikathode 

 in einer Rontgenrohre verwendet. Fur die 

 Schwingungszahl v dieser Linien gilt die Mose- 

 ley'sche Beziehung: 



(2) y v = a (z b), wo a und b Konstanten, 

 z die Ordnungszahl des Elements bedeutet. 



Ein Atommodell ist brauchbar, wenn wir die 

 aufgefiihrten Tatsachen mit seiner Hilfe erklaren 

 konnen. Vor allem miissen die unter 4 genannten 

 Gesetzmafiigkeiten der Serienspektren sich quanti- 

 tativ richtig aus ihm ableiten lassen. 



b) Einige altere Atommodell e. 



Ein besonders einfaches Atommodell stellt der 

 elektrische Dipol dar; an einem positiven Kern ist 

 durch elektrische Krafte ein Elektron gebunden. 

 Wird letzteres aus seiner Ruhelage entfernt, dann 

 wird es mit einer Kraft, die wie bei elastischen 

 Kraften proportional der Verschiebung ist, in die 



') Naturw. Wochenschr. XIV (1915) 794 797: Elektrische 

 Spektralanalyse chemischer Atome. 



*) ebenda XVII (1918) 611618: Uber Rbntgenspektro- 

 skopie. 



Ruhelage zuriickgezogen. Eine Reihe von Er- 

 scheinungen lassen sich mit Hilfe dieser quasi- 

 elastischen Bindung erklaren, anderen gegen- 

 iiber versagt das Bild. W. Thomson (1902) 

 nimmt an, dafi die positive Ladung gleichmafiig 

 auf der Oberflache einer Kugel sitzt, in deren 

 Innern sich die Elektronen in verschiedener Zahl 

 zu bestimmten Gleichgewichtslagen anordnen. 

 Das Modell liefert scharfe Spektrallinien, doch 

 lafit sich die Balmer 'sche Serienformel (i) nicht 

 aus ihm ableiten. Von besonderem Interesse ist 

 das Ru therford'sche Modell (1911) als Vor- 

 laufer des Bohr'schen. Im Zentrum sitzt auf 

 einen kleinen Raum zusammengedrangt (Kern- 

 radius etwa IO~ 12 cm, Atomradius io~ 8 cm) 

 die positive Ladung, dfe soviel Elementarladungen 

 enthalt, wie die Ordnungszahl z angibt. Um 

 den Kern bewegen sich auf Kreisen und Kepler- 

 Ellipsen z Elektronen, auf ihrer Bahn festgehalten 

 durch elektrostatische Anziehung nach dem Cou- 

 lomb'schen Gesetz; beim Wasserstoff ist es ein 

 Elektron, beim Helium (z = 2) zwei. Das Atom 

 stellt also ein Planetensystem mit Sonne dar. Die 

 Rechnung ergibt, dafi die Umlaufszahl v des 

 Elektrons von der Energie abhangt. Sendet also 

 das Elektron bei seinem Umlauf Strahlung aus, 

 so wird seine Energie und damit v kleiner; d. h. 

 aber dafi die Wellenlange des ausgesandten Lichtes 

 grofier wird. Das Atommodell, mit dem man 

 im iibrigen verschiedenes erklaren kann, liefert 

 also keine scharfen Spektrallinien. 



c) Das Bo hr'sche Modell 



des Wasserstoffatoms. 

 Der danische Physiker Niels Bohr hat im 

 Jahre 1913 ein Atommodell veroftentlicht, das 

 man als Merkstein in der Lehre von den Atomen 

 bezeichnen kann. Indem er sich zunachst auf das 

 Wasserstoffatom beschrankt, geht er vom Ruther- 

 ford'schen Modell aus, bringt aber auf dieses die 

 Quantentheorie in Anvvendung. Diese zu 

 Anfang unseres Jahrhunderts von Planck zur 

 Gewinnung eines richtigen Strahlungsgesetzes auf- 

 gestellte Hypothese scheint samtliche atomistischen 

 Vorgange zu beherrschen. Nach ihr ist die Emis- 

 sion von Strahlung (Licht) ein diskontinuierlicher 

 Vorgang. Die strahlende Energie geht nicht in 

 gleichmafiigem Strome etwa wie der zusammen- 

 hangende Wasserstrahl aus dem Hahn der Leitung 

 vom Atom aus, sondern in einzelnen, durch Pausen 

 voneinander getrennten Giissen; dreht man den 

 Wasserhahn weiter zu, dann zerreifit der Strahl 

 in einzelne Tropfen ; die Wasserabgabe ist jetzt 

 diskontinuierlich geworden. Ebenso gibt ein 

 Maschinengewehr die Energie diskontinuierlich ab. 

 Das Atom (Resonator) absorbiert stetig, doch kann 

 es nur dann ausstrahlen, wenn sein Energieinhalt 

 ganz bestimmte quantenmafiig verschiedene Werte 

 hat, namlich ganze Vielfache von =h-r, wo h 

 eine Konstante, das Planck'sche elementare 

 Wirkungsquantum (6,55- IO~ 27 ) und v die Frequenz 

 der ausgesandten Strahlung ist. Ein Wahrschein- 



