Frage von megaman1337, 71

Quantenphysikalische Erklärung gefragt?

Hi, wenn sich jemand mit Quantenphysik auskennt, hier meine Frage:

wie kann ein H-Atom, dass nur ein 1-s-elektron besitzt über 5 verschiedene Energiestufen haben? Das Elektron befindet sich doch nur in der K-Schale, wie können da so viele energetische Übergänge möglich sein?

Danke;)

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von SlowPhil, Community-Experte für Mathematik & Physik, 21

Ein H-Atom besitzt nur ein Elektron. Der niedrigste Zustand, den dieses einnehmen kann, ist der 1s-Zustand, das bedeutet, es befindet sich auf dem niedrigsten Energieniveau und sein »Bahn«drehimpuls ist 0. Dies bedeutet u.a., dass das Orbital radialsymmetrisch ist, der Wert der Wellenfunktion hängt nur von r (Abstand vom Kern) ab.

Das heißt aber nicht, dass das Elektron überhaupt nur im 1s-Zustand sein könnte. Das Atom kann angeregt werden, sodass sein einziges Elektron auch höhere Energiezustände annehmen kann. Dies geschieht beispielsweise bei der Absorption ultravioletten Lichts. Umgekehrt kann das Atom auch vom angeregten in den Grundzustand übergehen und gibt dabei UV-Licht ab.

Es ist vielmehr umgekehrt bei Atomen mit mehr als 2 Protonen im Kern und damit im neutralen Zustand auch Elektronen nicht möglich, dass alle Elektronen 1s-Elektronen sind, denn in ein solches Orbital »passen« nur 2 Elektronen, deren Spinorientierung entgegengesetzt ist. Das liegt am Pauli-Prinzip, auch Ausschließungsprinzip genannt:

Elektronen sind sogenannte Fermionen oder Fermi-Dirac-Teilchen. So heißen Teilchen, die einen sogenannten halbzahligen Spin haben, der genau 2 mögliche Orientierungen relativ zu einer Achse annehmen kann. Gleichartige Fermionen können nicht am selben Ort im selben Zustand sein. Ich habe gern das Bild von Damen benutzt, die auf derselben Party nicht genau dasselbe Outfit tragen wollen, weshalb sich eine, wenn möglich, umzieht oder die Party verlässt. Diesem Prinzip verdankt die Chemie ihre Vielfalt.

Kommentar von Reggid ,

So [Fermionen] heißen Teilchen, die einen sogenannten halbzahligen Spin haben, der genau 2 mögliche Orientierungen relativ zu einer Achse annehmen kann

für ein teilchen mit spin s sind es (2s+1) mögliche orientierungen.

nur 2 mögliche orientierungen sind es folglich nur für spin-1/2 teilchen.

Kommentar von SlowPhil ,

Stimmt auffallend. Es ist spät geworden, gute Nacht.

Antwort
von Reggid, 28

ein H-atom hat ein elektron.

dieses kann in verschiedenen zuständen sein (viele, viel mehr als 5)

der 1-s zustand ist genau einer davon.

Antwort
von ThenextMeruem, 56

Das interessiert mich jetzt auch, von wo die Info?

Kommentar von megaman1337 ,

Naja es gibt doch die Ballmer-Serie, kennst du die?

Da lassen sich mehrere Wellenlängen von der Emission nachweisen

Kommentar von ThenextMeruem ,

What, krass. Wusste ich noch garnicht :D Ich glaube ich frag das mal meinen Chemie Prof :D

Kommentar von megaman1337 ,

Ahh warte mal, ich glaub ich hab meine Denkfehler :D

Wenn das Atom seinen Zustand ändert ist das wahrscheinlich kein 1-s-elektron mehr sondern mit einer höheren Hauptquantenzahl

Vermute ich mal, aber frag gerne mal nach, freut mich ^^

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