Warum streben elektronen einen Zustand niedriger Energie an?
Im Buch claydens Organische Chemie wird dies als erster Grund genannt, warum Elektronen normalerweise in den bindenden orbitalen statt den antibindenden orbitalen sind, denn letztere sind auf einem deutlichen höheren Energienieveau.
Aber warum eigentlich? Das Konzept, dass Elektronen (oder Materie allgemein) energetisch lieber in einem Ruhezustand als in einem erregten Zustand verweilt wirkt zwar intuitiv irgendwie logisch, dennoch weiß ich nicht, warum das so ist. Kann mir das jemand erklären?
3 Antworten
Letztlich beruht es auf der elektrostatischen Anziehung, die negativen Elektronen wollen so nah wie möglich an den positiven Kern oder die positiven Kerne. Eigentlich genau so wie ein Ball so nah wie möglich an die anziehende Erde will und deshalb berab rollt.
Nun sind Elekronen aber keine Bälle, sondern recht komplizierte Gebilde mit eigenen, teils recht bizarren Regeln. Daher ist es auch erst mal schwierig zu verstehen, wie Elektronen ihr Ziel errechen.
Bei bindenden/antibindenden Elektronen ist es noch recht einfach, bindende sind zwischen den Kernen und folgen so der Anziehung beider Kerne, anibindende sind außen angeflanscht und erfahren eine geringere Anziehung.
Hätte nicht mit einer so schnellen Antwort gerechnet, danke.
alle Zustände, bei denen die Wellenfunktion der Elektronen der Eigenwertgleichung des Hamiltonoperators genügt, sind stabil, aber Übergänge von höheren zu geringeren Energie-Eigenwerten sind wahrscheinlicher als umgekehrt. Anschaulich kann man sich das wie Würfel in einem Glas vorstellen: Wenn man das Glas schüttelt, ist es wahrscheinlicher, dass danach alle Würfel am Boden liegen als dass sie einen Turm bilden.
Das ist verwandt mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.
In Wirklichkeit ist das Verhalten der Elektronen recht kompliziert. Darum werden zur Erklärung jeweils passende Modelle herangezogen, wie beispielsweise Teilchenmodell, Wellenmodell, Aufenthaltswahrscheinlichkeiten.
In diesem Fall der elektrostatischen Anziehung zwischen Kern und Elektronen hilft ein einfacher Vergleich mit der Erdanziehung. Wasser fließt immer zum tiefst möglichen Ort (tiefstes Energieniveau). Dabei wird kinetische Energie frei, die in Kraftwerken genutzt werden kann.
Wenn wir einen Gegenstand hochheben, investieren wir Energie, die als potentielle Energie gespeichert wird. Verglichen mit den Elektronen entspricht dies einem höheren Energieniveau.