Begibt sich ein Atom auch in einen angeregtem Zustand, wenn die hinzugeführte Energie etwas mehr ist, als benötigt?

3 Antworten

Ja. Das geht.

Wenn das Atom in der Lage ist, die überschüssige Energie auf andere Weise "aufzunehmen" zB durch einen Bewegungsimpuls.

Das geht aber nur dann, wenn ein drittes Objekt in der Nähe ist, damit nicht nur die Energiebilanz stimmt sondern auch die Impulsbilanz.

Das klappt in viskosen Flüssigkeiten oder in Kristallstrukturen. Nicht aber in Gasen.

Edit: Siehe Kommentar.

Nein. Die Energien im Atom sind ja quantisiert. Solange die überschüssige Energie nicht das Energiedifferenzniveau der 2. zur 3. Bohrschen Bahn hat wird das 3. Energieniveau nicht angeregt.

Es ist nun aber so, dass die zugeführte Energie nicht exakt sein muss. Durch Dopplereffekte (Bewegungen der Atome) kommt es zum einen zu einer Verbreiterung der Spektrallinien (Emission und Absorption). Außerdem hat Licht bei begrenzter Emissionsdauer (gemäß Heisenberg delta_E * delta_t >= h_quer/2) immer eine Energieunschärfe.

Ist die Energie allerdings größer als die benötigte Energiedifferenz kann es zu inelastischen Stoßprozessen (-> Compton-Effekt) kommen. Die Energie des Photons teilt sich also auf den Quantensprung des Elektrons und das Photon selbst auf.

Würde das Elektron mehr Energie aufnehmen als für die 2. Bahn nötig ist (aber weniger als für die 3. Bahn) so wäre das Elektron in einer instabilen Bahn. Die Bohrschen Bahnen bestimmen sich ja gerade dadurch, dass die de-Broglie-Wellenlängen des Elektrons mit dem Radius um ein Vielfaches übereinstimmen, so dass sich die Wellen nicht selbst weginterferieren.

Liegt die Energie also knapp darüber würde das Elektron wieder Energie verlieren, bis es in der 2. Bahn ist. Die emittierte Energie kannst du dir dann als das beim Compton-Effekt reflektierte Photon vorstellen.

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Warte. Ich sehe gerade, dass du die 2. Bahn gemeint hast und nicht die 3. Bahn. Meine Antwort bezog sich auf die 3. Bahn. Die Antwort sollte dir aber trotzdem die nötigen Informationen geben.

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@mrmeeseeks8

Die Wahrscheinlichkeit für eine Absorption sinkt eben, wenn die zugeführte Energie nicht mehr exakt ist. Die Absorptionslinie im Atom ist aber niemals (siehe Antwort oben) energetisch scharf begrenzt.

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@mrmeeseeks8

Wenn du hingegen die Dopplerverschiebung reduzierst (geringer Druck => wenig Stöße, geringe Temperatur) so verringert sich die Dopplerverbreiterung und die Absorptionslinie wird immer schärfer, so dass die Absorptionswahrscheinlichkeit drastisch sinkt. Bei Raumtemperatur würden auch 10,3 eV mit hoher Wahrscheinlichkeit absorbiert werden.

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@mrmeeseeks8

Achso, aber dennoch würde sich das Elektron auf die zweite Bahn bewegen, ok.Wiekan masich das mit dieser "de-Broglie-Wellenlänge" vorstellen? Ich weiß zwar, dass diese Wellenlängen den Umfang der n-ten Bahn darstellen sollen, aber was genau ist diese Wellenlänge überhaupt?

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@Bjoern4Torateon

Beim Licht kannst du dir Frequenz und Wellenlänge ja vorstellen, oder? Mit diesen Wellenlängen kannst du nun Interferenzen (konstruktiv und destruktiv) hervorrufen. de Broglie hat nun in seiner berühmten Doktorarbeit von 1924 vorgeschlagen, dass man auch materiellen Teilchen einen solchen Wellencharakter zuordnen könnte.

Herleitung

http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/1/pc/pc_11/pc_11_01/pc_11_01_02.vlu/Page/vsc/de/ch/1/pc/pc_11/pc_11_01/pc_11_01_12.vscml.html

de Broglie sprach von einer das Teilchen begleitenden (Phasen-)Welle, welche über die Phase am Ort des Teilchen Teilchen und Welle aneinander koppeln.

lambda = h/p = h/(m*v)

Wenn du nun langsame und leichte Teilchen betrachtest so erhältst du eine relativ große Wellenlänge, welche man auch im Experiment untersuchen könnte. Also schoss man Elektronen (genau so wie Licht) auf einen Doppelspalt. Was man fand war, dass auch Elektronen das gleiche Interferenzmuster wie Licht zeigte. Diese Interferenz wird durch die de-Broglie-Wellenlänge verursacht.

Würdest du nun solche de-Broglie-Wellen überlagern, so könnte diese sich bei Phasenverschiebung um Pi gegenseitig auslöschen (destruktive Interferenz). Bewegt sich ein Elektron im Kreis überlagern sich die eigenen de-Broglie-Wellen. Käme es zu destruktiver Interferenz würde es verschwinden, also muss der Bahnradius eine ganzzahliges Vielfaches der de-Broglie-Wellenlänge sein, denn nur so kommt es zur konstruktiven Interferenz.

Stell dir also vor, dass wenn ein Elektron Energie absorbiert eine Welle an das Teilchen koppelt und dieses nun begleitet. Die Wellenlänge dieser Welle kannst du nun auf das Teilchen übertragen. An Phasen mit maximaler Schwingung hast du nun erhöhte Aufenthaltswahrscheinlichkeit für das Teilchen, bei den Schwingungsdurchgängen verschwindet das Teilchen (bzw. wird für uns nicht mehr nachweisbar).

Ein Elektron in semi-klassischen Vorstellung nach Bohr hat ja immer noch eine kinetische Energie, also einen Impuls. Dieser Impuls führt nun zu einer de-Broglie-Wellenlänge, Welle und Teilchen koppeln aneinander.

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@mrmeeseeks8

Fußnote: Erstaunlich scharf wird die Absorptionslinie bei der hierzu analogen Vorgehensweise in der Kernphysik, siehe Mößbauer-Effekt: Schon Abweichungen der zugeführte Energie um ein 10^10-tel und kleiner führen zur meßbaren Abnahme der Absorptionswahrscheinlichkeit.

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In welcher Form wird die Energie zugeführt? (Photon? Elektronenstoß?)

modifizierter Franck-Hertz-Versuch?

Bei diesem Versuch hat man ein kugelförmiges Gefäß, das mit Heliumgas gefüllt ist. Dieses wird mit Elektronen der kinetischen Energie 50 eV beschossen. Das Heliumgas ist nun so stark verdünnt, dass ein Elektron nicht mehrfach mit einem Heliumatom zusammenstößt. Mithilfe des Geschwindigkeitsfilters, dessen Durchlaufbereich kontinuierlich verändert werden kann, stellt man das skizzierte Energiespektrum der unter dem Winkel theta gestreuten Elektronen fest.

Wie erklärt man die Maxima bei 50, 28.8 und 25.5 eV und das Kontinuum unterhalb von 25.5 eV ? Was hat dies mit dem Energieniveauschema von Helium zu tun? Hier sieht man die Abbildung und das Diagramm auf Seite 2: http://www.roro-seiten.de/physik/ab/lk131_ab11_franckhertz.pdf kopieren

Wie der Franck-Hertz-Versuch normalerweise funktioniert weiß ich: Bei den Maxima sind viele Heliumatome im angeregten Zustand, weil die Elektronen dann genug Energie haben, um unelastisch mit den Heliumatomen wechselzuwirken.

Also müssten die Elektronen bei 25.5 eV, 28,8 eV und 50 eV die Elektronen des Heliumatoms auf eine höhere Bahn stoßen, oder?

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