Nach einer eher kurz gehaltenen Besprechung der ersten historischen Atommodelle sollte das Ziel der Unterrichtseinheit sein, die Lernenden über den Weg des Bohr’schen Atommodelles mit der mathematisch geprägten Denkweise der Quantenphysik vertraut zu machen. Klassische Abläufe mit fest vorgegebenen Teilchenbahnen und entsprechenden Bewegungsgleichungen stellen sich in der Größenordnung von Quantenobjekten – wie etwa Elektronen – als unbrauchbar heraus. An ihre Stelle treten Berechnungen zu Aufenthaltswahrscheinlichkeiten, die den Zustand des Quantensystems mit den Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung beschreiben.

Mit Modellen wie dem in einem linearen Potentialtopf eingesperrten Elektron können mit aus der Wellenlehre bekannten Gesetzmäßigkeiten die Aufenthaltsmöglichkeiten des Elektrons für unterschiedliche Bedingungen abgeleitet werden. Mit der Erweiterung des Potentialtopfmodelles auf den dreidimensionalen Potentialtopf wird dieses Modell zum Wegbereiter für die quantenphysikalische Beschreibung des Wasserstoffatoms, wo nun auch der bisher vernachlässigte Einfluss des Kernprotons miteinbezogen wird.

KOMPETENZPROFIL:

• Klassenstufe: 11/12
• Dauer: 16 Unterrichtsstunden
• Kompetenzen: Texte erfassen, Probleme formulieren, Vermutungen äußern, Lösungen abschätzen, Ergebnisse reflektieren, physikalische Gesetzmäßigkeiten anwenden und umformen
• Thematische Bereiche: Elektronen im linearen und dreidimensionalen Potentialtopf, Aufenthaltswahrscheinlichkeiten, Quantenphysik der Atomhülle
• Medien: Arbeitsblätter, Grafiken und Diagramme, Internet, Taschenrechner