Warum stürzt die Atomhülle nicht in den Atomkern?
Kann mir jemand bitte diese Frage mithilfe von diesem Aufschrieb erklären.
4 Antworten
Nur eine Randbemerkung:
Daß das Atom nicht wie ein kleines Planetensystem funktioniert, ist ja schon gesagt worden. Ich möchte außerdem noch anmerken, daß auch ein Planetensystem nicht so funktioniert, wie Dein Blatt (wenn man es so auslegen will) das darstellt.
Es gibt kein Kräftegleichgewicht bei einem Planeten auf seiner Umlaufbahn. Körper im Kräftegleichgewicht kreisen nicht, sondern stehen still oder bewegen sich geradeaus. Das sagt das Erste Newtonsche Gesetz.
Auf einer Umlaufbahn läuft ein Körper nur, wenn eine Kraft ihn dazu zwingt, dauernd seine Bewegungsrichtung zu ändern. Diese Kraft ist die Zentripetalkraft. Bei einem Planeten ist die Anziehungskraft der Sonne diese Zentripetalkraft. Auf eine Zeichnung des Planetensystems gehört also nur der Kraftpfeil, der nach innen zum Zentrum zeigt.
Eine Zentrifugalkraft gibt es bei Planeten nicht. Es gibt sie in einer Karussellgondel, im Auto in der Kurve, und in der Waschmaschine. Dies sind beschleunigte Behälter. Die Zentrifugalkräfte entstehen durch die Trägheit der darin enthaltenen zwangsweise mitbeschleunigten Körper.
(Manche sagen dazu: Doch, wenn man die Sache aus einem mitrotierenden Bezugssystem beobachtet, gibt es die Zentrifugalkraft und das Kräftegleichgewicht auch beim Planeten. Bei dieser Betrachtungsweise gibt es aber noch mehr, was anders ist.)
Es gibt im Atom keine kleinen Kügelchen, die um große Kügelchen kreisen (und "hineinstürzen" könnten). Diese Vorstellung ist überholt.
Es gibt Wellenfunktionen, deren Absolutquadrat einer Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen entspricht, und die Eigenvektoren des Hamiltonoperators (im unendlichdimensionalen Hilbertraum, der Funktionen auf Vektoren abbildet) sind, was sie zu stabilen Zuständen macht (mit der Energie als Eigenwert). "Alle Elektronen im Kern versammelt" ist einfach keiner dieser Eigenzustände. Anschaulicher wird es leider nicht.
Steckt nicht auch in dem Begriff der "Aufenthaltswahrscheinlichkeit" immer noch die Vorstellung vom Kügelchen, das sich immer gerade irgendwo "aufhält"?
Nur wenn man sie gewaltsam hineininterpretiert (das war ja Einsteins Problem). Schließlich übt der Experimentator, der ein Teilchen sehen will, auf die Wellenfunktion eine Modifikation aus, die einen scharfen Ort erzwingt, und misst dabei echte Wahrscheinlichkeiten. Die Unschärferelation aber bevorzugt nicht das eine oder andere, sie sagt nur, dass man nicht beides gleichzeitig haben kann.
Anhand des Aufschrieb nicht, aber anhand der Logik.
Das Elektron wird zum Kern hingezogen, dadurch kommt es in Fahrt und rotiert um den Kern und zwar so schnell, dass es nicht weg fliegt und schnell genug, damit es nicht in den Kern stürzt, Atome in der weiteren Umlaufbahn fliegen langsamer, da die Anziehungskraft zum Kern geringer ist.
Ähnlich der Planeten um die Sonne, der an der Sonne nächsten Planet braucht nicht so lange für eine Umrundung und der am weitesten entfernte Planet braucht am längsten (Masse der Planeten nicht berücksichtigt)
Es können nur eine gewisse Anzahl von Elektronen auf der ersten Umlaufbahn sein, werden es mehr Elektronen, so müssen diese auf die nächste Umlaufbahn übertragen werden
Das auf dem Papier Modell beschreibt das Atom analog zum Planetenbahnen des Sonnensystems. Das Elektron nimmt eine Bahn ein, bei der die elektrische Anziehungskraft zwischen Elektron und Atomkern von der Fliehkraft aufgewogen wird.
Der Vergleich hinkt jedoch, unter anderem kann man die Schwäche dieses Modells daran erkennen, dass Atome erwiesenermaßen nicht scheibenförmig, sondern in etwa kugelförmig oder wenigstens kugelsymmetrisch sind, und außerdem würde eine nicht gleichförmige (Umkreisungs-)Bewegung eines geladenen Teilchens (Elektron) dazu führen, dass es elektromagnetische Energie abstrahlen würde.
Man müsste für echte Erklärungsmodelle hier leider die Quantenphysik bemühen, das grob vereinfacht so aussieht:
Die Welle, die das Elektron repräsentiert, hat eine gewisse Größe. Die "Materiewelle" ist umso größer, je leichter das Teilchen ist. Aus diesen Grund ist übrigens der Atomkern klein und die Elektronenschalen sind groß. Man kann sich die Elektronen"bahnen" als eine Art stehende Welle vorstellen.
Steckt nicht auch in dem Begriff der "Aufenthaltswahrscheinlichkeit" immer noch die Vorstellung vom Kügelchen, das sich immer gerade irgendwo "aufhält"? Typischerweise wird gesagt, daß das Elektron an dem jeweiligen Ort "anzutreffen" oder "aufzufinden" sei. So, als ob man dem Elektron einen GPS-Tracker umbindet wie einer Katze, und dann nachschaut, wo es sich herumtreibt. Das Doppelspalt-Experiment verträgt sich aber mit dieser Vorstellung nicht. Dennoch hoffe ich weiterhin, daß anschauliche und zugleich zutreffende quantenphysikalische Begriffe gefunden werden.