Frage von Kyriboy2002, 73

Geschwindigkeit von elektronen welche um einen atomkern kreisen?

Ja hallo ich bin 14 also erklärt fachbegriffe die ich vermutlich noch nicht kenne erst kurz. Also. Ich lese gerade ein buch mit dem titel ,,zauberreich der elektronen. Vom transistor zum computer" und habe dort gelesen kch zitiere: ,, die elektronen, die mit einer umlaufgeschwindigkeit von etwa 2000 kilometern pro sekunde den kern umkreisen, werden von elektrischen kräften vom atomkern festgehalten,die gewissermaßen die gegenkraft zu der fliehkraft bilden, die von der bewegungsenergie des elektrons erzeugt wird." Das ganze habe ich mir dann mal gemerkt und meinen physik lehrer als eine art quiz frage gefragt ob er denn wisse mit welcher geschwindigkeit elektronen einen atomkern umkreisen. Er meinte darauf hin: gar nicht. Nun bin ich verwirrt kann mir das bitte jemand erklären?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von indiachinacook, 39

Dein Lehrer hat recht. Elektronen kreisen nicht (und bewegen sich auch sonst nicht). Ein Elektron hat eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, in einem bestimmten Abstand vom Kern angetroffen zu werden, und die kann man ausrechnen. Mehr geht nicht.

Das ist ziemlich abstrakt und schwer zu verstehen. Denn unsere Erfahrung sagt uns: Wenn wir nicht wissen wo etwas ist, dann muß es in Bewegung sein, oder sich zumindest früher mal bewegt haben. Elektronen entziehen sich aber unserer Er­fah­rung, und deshalb haut das Argument nicht hin.

Denn Elektronen sind so klein, daß man sie sich nicht als simple Teilchen vorstellen darf; sie sind Wellen, die sich über das ganze Volumen des Atoms er­strecken (das Volumen des Atoms ent­steht ja genau durch die Aus­deh­nung der „Elektronen­wolke“ rund um den Kern.

Interessanterweise haben Elektronen zwar keine Geschwindigkeit, aber eine kinetische Energie (das ist die Energie, die bei Objekten aus dem Alltag von der Ge­schwindig­keit kommt). Wenn man diese Energie nach der naïven Formel (also ohne Quanten­­mechanik) in eine Ge­schwindig­keit umrechnet, dann kommt für die äußersten Elektronen etwas in der Größen­ordnung von ein paar 1000 km/s heraus, je nachdem, welches Atom Du hernimmst.

Deine Zahl von 2000 km/s ist also kein kompletter Blödsinn. Aber sie ist auch keine echte Geschwindigkeit, sondern nur ein „was wäre wenn das Elektron ein simples Teilchen wäre“. Könntest Du ein Atom mit freiem Auge sehen, dann würdest Du überh­aupt keine Bewegung erkennen können. Das Atom ist stationär, d.h., es ver­ändert sich nicht mit der Zeit.

Innere Elektronen (also solche, die sich näher am Kern aufhalten) haben wesentlich höhere kinetische Energie, und da würde man Ge­schwin­dig­keit berechnen, die in den Bereich der Licht­geschwin­dig­keit kommen.

Kommentar von Kyriboy2002 ,

Danke das war der verständlichste text für mich und entschuldige dass ich es negativ bewertet habe ich habe mich vertippt

Kommentar von indiachinacook ,

Na, irgendwer von den Experten wird mich schon noch hochvoten.

Im übrigen ist Quantenmechanik nicht einfach, und was ich ge­schrie­ben habe ist zwar einfach formuliert, aber trotzdem Uni­versi­täts-Stoff. An der Schule sieht man nicht so genau hin.

Kommentar von MrsGinger ,

Super erklärt 👍

Antwort
von Gatios, 37

Dein Lehrer hat wahrscheinlich so geantwortet, weil man im Bereich der Quantenmechanik solche angaben nicht wirklich machen kann. 

Die Quantenphysik ist nämlich für viele Menschen ein Problematisches Thema, das sie nicht verstehen, nicht weil sie es nicht wollen, sondern weil sie es nicht können! 


Beispiel : Stell dir vor, vor dir ist eine Wand. An dieser Wand gibt es links und rechts zwei kleine Schlitze. Jetzt wird ein Elektron auf diese Wand zugeworfen. In der Klassischen Physik, hätte das Elektron eigentlich die Auswahl zwischen Schlitz A und Schlitz B und da fängt das Problem nämlich an ! Tatsächlich Bewegt sich das Teilchen nicht durch Schlitz A oder B, sondern durch beide.

Es ist also zu selben zeit an zwei verschiedenen Orten.

Selbst wenn man Schlitz A abdecken würde und nur Schlitz B Offen lassen würde, würde das Teilchen dann im Zeitpunkt des geschlossenen Schlitz A trotzdem durchgehen, obwohl dieser eben gerade durch Schlitz B durchgegangen ist und Schlitz A eigentlich abgedeckt war. 

Das  nennt man die *Superposition*. In unserem Universum machen wir Experimente und Versuche durch Erforschungen unserer Physikalischen Gesetzte. Wenn du aber in die Welt der Quantenphysik, also die Welt der TEILCHEN (Elektronen, Protonen,Neutronen,Quarks und wie die alle heißen) eintauchst, sind die Physikalischen Gesetze außer Kraft ! Deshalb, hat dein Lehrer wahrscheinlich auch so geantwortet. 

Da wird noch eine Menge erforscht und mit deinen 14 Jahren, wenn du nicht Hochbegabt bist, wirst du dir den Kopf zerbrechen. ^_^ 


Hoffe konnte dir helfen. Gruß

Antwort
von MrsGinger, 39

Dein Lehrer hat recht. Um das zu erklären muss man aber sehr weit ausholen.
Das ganze geht zurück auf den Welle-Teilchen-Dualismus, denn Elektronen haben Wellen- und Teilcheneigenschaften (experimentell nachgewiesen --> Doppelspalt). Dies wird beim Bohr'schen Atommodell nicht berücksichtigt, da die Elektronen als Teilchen auf festen Umlaufbahnen mit fester Geschwindigkeit um den Kern kreisen. Somit werden die Welleneigenschaften nicht berücksichtigt.
Ein weiteres Problem beim Bohr'schen Atommodell ist, dass wenn die Elektronen um den Kern kreisen, müssten sie Energie verlieren, da sie geladene Teilchen sind und somit würden sie in den Atomkern stürzen. Das verstößt dann wiederum gegen die Quantelung, weil sie ihr Energieniveau (Abstand zu Atomkern oder Schale im Bohr'schem Atommodell) stufenlos senken und damit auch Lichtquanten jeder Wellenlänge emittieren würden. (Die Quantelung besagt aber, dass die Energie des Lichtes nur diskrete, d.h. nicht unendlich klein zerteilbare, Werte annehmen kann).
So kommt man dann auf das aktuelle Atommodell: das Orbitalmodell.
Dort stellt man sich die Elektronen als stehende Wellen vor. Eine stehende Welle kann man sich z.B. als eine schwingende Gitarrensaite vorstellen. Diese stehenden Elektronenwellen können dann verschiedene Energieniveaus (entsprechend den Schalen bei Bohr) und Energoeunterniveaus (entscheiden die Form der Elektronenwelle) annehmen.
Fazit: Elektronen kann man als STEHENDE Wellen betrachten, sodass diese keine Umlaufgeschwindigkeit haben.
Ich hoffe das war jetzt einigermaßen verständlich, aber ich glaube das macht ihr erst in der Oberstufe.
Wenn dich das Thema interessiert dann google doch mal "Orbitalmodell", "Welle-Teilchen-Dualismus", "Heisenberg'sche Unschärferelation" oder "Elektronenwelle"
LG MrsGinger

Kommentar von Kyriboy2002 ,

Also heißt das, dass in meinem buch vermutlich alte informationen stehen da es aus dem jahre 1968 ist und meinem großvater gehörte

Kommentar von MrsGinger ,

das Orbitalmodell gibt es seit der Begründung der Quantenmechanik. Wenn ich das richtig im Kopf habe, müsste das Anfang des 20. Jahrhunderts gewesen sein. Allerdings wird das Bohr'sche Modell immer noch benutzt, weil es relativ gut zu verstehen ist und zur Erklärung der Dinge, die in der Schule behandelt werden, ausreicht.

Antwort
von lks72, 24

Ein Elektron um einen Kern ist ein Modell eines Atoms, welches einen zu einem Satz verleitet wie: "Ah,ich verstehe, dass ist ja wie bei..." Man muss aber bedenken, dass Modelle physikalisch eigentlich nicht notwendig sind, und manchmal, wie hier, sind sie auch hinderlich. Physikalisch entscheidend sind die Theorien, in diesem Fall ist es die Quantenmechanik, unsere momentan beste Theorie über das Atom. Und in dieser Theorie ist von Elektronen als Individuen im Atom nichts zu sehen. Nun kann man auf zwei Arten damit umgehen: Man nimmt ein Modell, was besser zur Theorie passt (was aber vielleicht nicht so viele kennen), oder man verzichtet ganz auf ein Modell. Was man macht, ist eine didaktische Frage, keine fachwissenschaftliche.

Antwort
von Tina1010, 40

Ich bin im Moment in der Malermeisterschule und hatte das letztes Mal in Chemie. Eine genaue Angabe wie schnell habe ich nicht aber ich weiss das wenn es wärmer wird sie sich schneller bewegen und das alle Atome bei -273 grad stillstehen. Aber die sind auf jedenfalls seeeeehr schnell ;) hoffe kannst etwas anfangen damit :) aber wahrscheinlich hast du mehr Ahnung als ich :) grüsse

Kommentar von ichbinein87 ,

-273 Grad ist ja auch die maximale Kälte :p ;D 

Kommentar von Tina1010 ,

Genau

Kommentar von Tina1010 ,

Genau. Weil sie sich ab dann nicht mehr bewegen.. Ich denke aber es geht auch kälter nur das sich der Zustand der Atome dann nicht mehr ändert

Kommentar von indiachinacook ,

Unglücklicherweise stimmt das nicht. Die Temperatur hat keinen Einfluß darauf, was die Elektronen in einem Atom oder Molekül treiben. Zumindest, wenn sie nicht zu groß ist — in den meisten Atomen spüren die Elektronen von der Temperatur erst dann etwas, wenn wir bereits viele hundert bis einige tausend Grad heiß sind.

Kommentar von Tina1010 ,

Aber die Atome haben einen Einfluss auf die Temperatur oder nicht? Also auf ihre Eigentemperatur? 

Kommentar von indiachinacook ,

Atome haben keine Temperatur. Denn die Temperatur ist die mittlere Energie der Atome, und bei einem einzelnen Atom ist das mit dem Mittelwert nicht so toll.

Temperatur gibt es also nur dort, wo viele Atome herumliegen — also in einer größeren Stoffportion.

Außerdem tragen bei Raumtemperatur die Elektronen nichts zur Energie (und folglich zur Temperatur) bei. Die Energie steckt stattdessen in Bewegungen des gesamten Atoms bzw. Moleküls (Translation, Rotation nur bei Molekülen), oder in Deformationen des Moleküls (Schwingungen). Das hat also mit Lage und Bewegung der Atome als ganzes (incl. Kern) zu tun. Die Elektronen gehen da einfach nur mit den Kernen mit, tun aber nichts Eigenes.

Kommentar von Tina1010 ,

ah gut dachte schon ich hätte es falsch verstanden dann habe ich nicht die richtigen Fachwörter benutzt oder die falschen Wörter geschrieben. Sorry meinte so in etwa das gleiche. 

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