Warum fallen Elektronen nicht in den Atomkern?
Ich weiß, das das Kern positiv geladen ist und die Elektronen negativ sund aber reicht das echt als Antwort auf meine Frage aus?
5 Antworten
Hallo Drent257,
genau das haben sich die Physiker ebenfalls gefragt, als RUTHERFORD sein Atommodell entwickelt hatte, das an ein Planetensystem im Miniaturformat erinnert.
Dort gleichen ja Anziehung durch die Gravitation und Drehimpuls-Barriere einander aus und sorgen für eine stabile Bahn. Fast stabil. Das System emittiert nämlich Gravitationswellen, deren Leistung aber unmessbar schwach ist.
Beim Atom nach RUTHERFORD (1911) wäre das anders, denn so ein System wäre ein HERTZscher Dipol und würde im Zweifelsfall elektromagnetische Wellen mit hoher und zunehmender Energie emittieren und das Elektron abstürzen lassen. Dies führte BOHR (1913) dazu, ad hoc anzunehmen, dass bestimmte Bahnen aus einem unbekannten Grund stabil sind.
Nun hatte PLANCK (1900) schon postuliert, dass elektromagnetische Wellen aus Energieportionen besteht, was EINSTEIN später (1905) aufgriff und zur Erklärung des Photoelektrischen Effekts heranzog.
Wellen bestehen also aus ,,Teilchen" (heute Photonen genannt), und so kam DE BROGLIE auf die Idee (1924), dass Materieteilchen auch Wellen sein könnten, was übrigens später von DAVISSON und GERMER experimentell bestätigt wurde. Eine Wellengleichung dafür stellte SCHRÖDINGER auf, und PAULI modifizierte sie (1926).
Daraus entwickelte sich das Orbitalmodell,in dem stabile bzw. metastabile Zustände dadurch gekennzeichnet sind, dass Elektronen im Atom stehende Wellen bilden.
Hier eine mechanistische Erklärung, Wellen sind nicht so meins:
Stark vereinfacht, wie das Bohr´sche Modell: Wenn ich eine kreisförmige Bahn um den Kern für das Elektron annehme, dann habe ich tatsächlich das Gleiche wie das System Stern/Planet. Gravitation und Fliehkraft sind gleich groß und halten den Planeten auf einer stabilen Umlaufbahn.
Übertragen auf Atome wäre die Gravitation dann die Coulomb´sche Anziehung des positiven Kerns auf das negative Elektron.
Die Fliehkraft ist m mal v*2 (Vauquadrat) : r
zwar ist die Masse eines Elektrons fast Null, aber seine Kreisbahngeschwindigkeit nahe Lichtgeschindigkeit geht quadratisch in die Gleichung ein, so dass man sich das Resultat gleich groß wie die Anziehung durch den Kern vorstellen kann. Für Schulniveau sollte das genügen.
Das mit dem Planetensystem dachte man auch ab 1911, es erwies sich aber als unhaltbar, weil das System als HERTZscher Dipol funktionieren und Energie abstrahlen würde, und zwar um ein Vielfaches mehr als ein Planetensystem an Gravitationswellen.
A propos: Man hat vor wenigen Jahren die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher beobachtet. Das ist so ungefähr das, was mit einem Proton - Elektron - System passieren würde, verhielte es sich klassisch.
Elektronen sind 3-dimensionale stehende Wellen. Stell dir vor Atomkern und Elektron wäre weit von einander getrennt. Jetzt wird das Elektron vom Atomkern angezogen, wird beschleunigt und nimmt Geschwindigkeit auf. Jedes Quantenobjekt hat gemäß de Broglie eine Wellenlänge lambda = h/p
https://de.wikipedia.org/wiki/Materiewelle
In der Nähe des Atomkerns stößt das Elektron aufgrund seiner Welleneigenschaften sozusagen mit sich selbst zusammen und hindert sich so daran in den Kern zu stürzen. Kommt ein zweites Elektron dazu, wechselwirken natürlich beide über ihre elektrische Kraft, und da sie sich bewegen auch über magnetische Kraft. Aber auf Quantenebene kann man nicht mehr zwischen beiden unterscheiden.
Außerdem können manchmal Elektronen doch in den Atomkern fallen. Man nennt das
In der einfachen Version: Elektronen stehen nicht still, sondern kreisen um den Atomkern.
In der komplizierten Version:
"Dafür, dass das Elektron nicht mit dem Kern verschmilzt sorgen die Unschärferelation und das Pauli-Prinzip. Die Unschärferelation besagt, dass die mittlere Geschwindigkeit eines Elektrons um so größer wird, je kleiner der Bereich ist, in dem sich das Elektron aufhält. Damit kostet es Energie, ein Elektron im Kern zu halten. Die Orbitale sind Aufenthaltsbereiche, in denen die Energie des Gesamtsystems optimiert ist. Das Pauliprinzip schließt zusätzlich aus, dass zwei Elektronen den gleichen Zustand einnehmen. Damit sorgt es dafür, dass Atome mit vielen Elektronen größer sind und nicht alle Elektronen im s-Orbital direkt am Kern sein können."
In der einfachen Version: Elektronen stehen nicht still, sondern kreisen um den Atomkern.
Wenn sie das tun würden, würden sie hineinstürzen. Die elektromagnetische Strahlung, die das System als HERTZscher Dipol abgäbe, ist viel stärker als die Gravitationsstrahlung von einem System einander umrundender Massen. Deshalb haben ja BOHR 1913, SOMMERFELD 1917 und DE BROGLIE 1924 das Atommodell sukzessive modifiziert.
Das PAULI-Prinzip ist übrigens nicht dafür verantwortlich, dass das Elektron nicht in den Kern fällt, es betrifft ja nur gleichartige Teilchen. Es ist dafür verantwortlich, dass Orbitale mit zwei Elektronen voll sind und weitere Elektronen andere Zustände mit ggf. höherer Energie annehmen müssen. Deshalb ist die Chemie so vielfältig.
Ich hätte ja angenommen, daß sich nur extrem suizidgefährdete Elektronen in den Kern stürzen - da das Elektron aber bekannterweise sehr stabil ist, tun das nur ganz wenige und reißen dabei ein unschuldiges Proton mit in den Untergang! ;)))
Danke für die tolle Antwort!