Frage von nolifegamer, 63

Was ist zwischen der "Schale" und dem Kern?

Ist das nur die Raum- Zeit oder ist da noch irgendwas anderes? Entstehen dazwischen Photonen? Ist der leere raum vom higgsfeld gefüllt?
Mich interessiert das, aber ich habe gerade keine gute Internet Verbindung und kann es daher nicht googlen :/

Antwort
von grtgrt, 28

Genau genommen ist jedes Elektron Anregung eines Feldes elektrischer Ladungstärke, d.h. Summe von Wellen in diesem Feld (ein. sog. Wellenpaket).

Jede einzelne der Wellen aus dem Paket ist überall gegenwärtig. Da sich Wellen - in diesem Fall Wellen unterschiedlicher Wellenlänge - durch Interferenz lokal mehr oder weniger auslöschen oder hier und da auch deutlich verstärken können, haben Wellenpakete meist einen stark lokalisierten Schwerpunkt. Es ist dies eine kleine Region im Raum, in dem die Amplitude des Wellenpakets weit stärker ausgeprägt ist als anderswo. 

An diesem Ort - so sagt man - "befinde" sich das Elektron. Dies ändert aber nichts daran, dass die einzelnen Wellen, aus denen es als Wellenpaket besteht, auch weit über diese Region hinaus vorhanden sind.

Betrachtet man statt nur eines Elektrons gleich alle Elektronen, die sich einem bestimmten Atom zuordnen, so sind auch die in Summe nichts anderes als ein solches Wellenpaket. Die Stellen, an denen diese Feldanregung besonders stark ist, nennt man die "Schalen" bzw. die "Orbitale" um den Atomkern herum.

Mit anderen Worten: Es gibt Regionen (sog. Orbitale) um den Atomkern herum, an denen die Präsenz der Elektronen des Atoms sich besonders stark bemerkbar macht und andere Regionen, in denen sie sich kaum bemerkbar macht. Genau genommen aber sind sie überall präsent.

Sich an einem Ort besonders stark bemerkbar zu machen bedeutet nichts anderes als dass die durch das Wellenpaket gegebene Feldanregung dort besonders ausgeprägt ist, d.h. ganz besonders hohe Amplitude hat.

Kommentar von grtgrt ,

Dass Elektronen auch an mehreren Stellen gleichzeitig beobachtbar sein können, liegt einfach nur daran, dass Wellenpakete auch an mehr als nur jeweils einer Stelle besonders große Amplitude haben können. 

Lies http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-17726-2014-06-30.html .


Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 29

Die "Elektronenschalen" sind ein Begriff aus dem stark vereinfachenden Bohrschen Atommodell.

Eigentlich haben Elektronen als quantenmechanische Teilchen keinen exakt festgelegten Ort, sondern verteilen sich über einen bestimmten Raumbereich. Deshalb sprechen viele Autoren lieber von der "Elektronenwolke".

Wenn du dir Bilder von den Formen der verschiedenen "Orbitale" anschaust, sind die dargestellten Flächen eigentlich die Grenzen, innerhalb derer die "Elektronenwolke" eine bestimmte Dichte überschreitet.

(Das ist ähnlich wie bei den Wolken am Himmel - was wir als Wolkenrand sehen, ist die Grenze, wo die Wolke so dünn wird, dass das Himmelblau das Wolkenweiß "übertönt".)

Und auch der Atomdurchmesser ist die Grenze, wo die gesamte Elektronendichte (die Summe aller einzelnen Elektronenwolken) eine bestimmte Dichte unterschreitet. Daher auch die verschiedenen Atomradien, die manchmal angegeben werden. (siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Atomradius)

Zwischen Kern und "Elektronenschalen" befinden sich also - Elektronen. (Plus natürlich die virtuellen Photonen, die das elektromagnetische Feld bilden, das die Elektronen in Kernnähe hält.)

Expertenantwort
von uteausmuenchen, Community-Experte für Physik, 22

Hallo nolifegamer,

ich verstehe die Frage richtig: Du meinst Atomkern und Elektronenschale - was da dazwischen ist?

Naja, eigentlich ist schon das Bild vom Atom so nicht ganz richtig... ;-)

Das aktuelle Atommodell ist das Orbitalmodell, in dem die Elektronen quantenmechanische Zustände sind. Also keine klassischen Teilchen, sondern Wellen. Aus der Wellenfunktion ergibt sich die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des "klassischen Teilchens" an jedem Ort. Zum Orbital zählt, wo diese Aufenthaltswahrscheinlichkeit nicht Null ist. Die Orbitale sind ganz unterschiedlich geformt und haben entgegen der klassischen Vorstellung keine scharfe Grenze - weder zum Atomkern, noch nach außen. Die Aufenthaltswahrscheinlichkeit für das Elektron sinkt kontinuierlich ab. Und für manche Orbitale ist die Aufenthaltswahrscheinlichkeit auch im Kern nicht Null.

http://www.u-helmich.de/che/Q2/orbitalmodell/orbitalmodell1.html

Von daher muss man also sagen: Im aktuellen Atommodell gibt es die scharfe Grenze nach der Du hier fragst gar nicht.

Prinzipiell ist aber "zwischen" Elementarteilchen leerer Raum, der aber in den physikalischen Feldtheorien von Feldern durchdrungen sein kann (nicht nur das Higgsfeld, auch das elektromagnetische Feld z.B. in den Feldtheorien sind alle Teilchen Anregungszustände solcher Felder) und den man auch nicht mehr "klassisch" als leere Bühne beschreiben kann. Die Frage, "was Raumzeit genau ist" und wie sie zu beschreiben ist, ist für viele physikalische Theorien von Bedeutung.

Grüße

Antwort
von LaurentSonny, 32

In erster Linie ist es Vakuum. Allerdings können durch diesen Raum jetzt alles durch, was kleiner als ein Atom ist, wie zum Beispiel Elektronen.

Kommentar von nolifegamer ,

Ok danke :)

Antwort
von mk2112, 34

Nichts. Ich weiß, das ist sehr schwer vorstellbar. Aber zwischen dem Atomkern und der Schale (, die im übrigen auch zu 99% aus leerem Raum besteht) befindet sich rein gar nichts.
Die Raumzeit hat damit nicht allzu viel zu tun und Photonen entstehen durch die "Sprünge" der einzelnen Elektronen zwischen den verschiedenen Energieniveaus. Dazu lässt sich noch einiges mehr schreiben, jedoch geht das in Richtung Quantenchemie und würde jetzt den Rahmen sprengen. Zum Higgsfeld kann ich dir leider nichts sagen, da ich mich da nicht allzu gut auskenne.^^ Hoffe, ich konnte trotzdem helfen.

Antwort
von Karim19, 31

Puhh das ist mal ne frage !
Leider habe ich keine Ahnung obwohl ich das auch ganz interessant finde :/

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