Warum ziehen sich Proton und elektron (beim atom) nicht an?

6 Antworten

Das ist eine Gute Frage, denn eigentlich würde man genau das erwarten. Die Physiker haben auch ≈1900 intensiv darüber diskutiert, weil die damaligen physikalischen The­orien nicht erklären konnten, warum das Elektron nicht in den Kern stürzt.

Die Lösung kam dann von einer neuen Theorie, der Quantenmechanik. In der Quan­ten­­mechanik kostet es Energie ein Teilchen in einem engen Raum einzusperren (das hat mit der berühmten Unschärferelation zu tun). Das Elektron möchte einerseits mög­­lichst nah am Kern sein, um dessen Anziehung zu genießen; andererseits will es sich nicht auf ein enges Volumen einsperren lassen. Offenbar ist das ein typischer Fall von „man kann den Kuchen nicht gleichzeitig essen und für morgen aufheben“.

Daher kommt ein Kompromiß heraus: Das Elektron bleibt in Kernnähe, aber eben nicht zu nah, sondern es treibt sich in einem endlich großen Volumen herum, das viel größer als das Kernvolumen ist. Solche Fälle kommen in der Physik sehr häufig vor, man spricht all­gemein von einem Kräfte­gleich­gewicht.

So wie beschrieben gilt das nur fürs Wasserstoffatom. Andere Atome haben ja meh­re­re Elektronen, und dann wird es deutlich komplizierter, weil es noch mehr verschie­de­ne Kräf­te gibt; aber es stellt sich auch dann eine Art Gleichgewicht ein.

Vielen dank für die schnelle un ausführliche antwort, hat mir sehr geholfen :)

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Warum ziehen sich Proton und elektron (beim atom) nicht an?

tun sie ja. sonst würden sie ja einfach ihre eigenen wege gehen und kein atom bilden.

Sollte das Elektron das um die neutronen und Protonen fliegt nicht mit dem proton verschmelzen? Warum passiert das nicht?

stellst du dir die selbe frage auch für die erde, die sich um die sonne dreht? wenn etwas eine stabile umlaufbahn hat(*), dann fällt es nicht ins zentrum. und eine stabile umlaufbahn kann es nur bei einer anziehung zwischen den teilchen geben.

(*) in der tat ist es bei einem elektron, welches um ein proton kreist, nicht so einfach, weil das elektron als beschleunigte ladung nämilch elektromagnetische strahlung abgeben sollte und dadurch energie verlieren würde (erst in der quantenmechanik wird dieses problem gelöst und man kann dann auch nicht mehr von umlaufbahnen sprechen). aber hast du wirklich das im kopf gehabt als du die frage gestellt hast?

wenn ja --> siehe quantenmechanik

wenn nein --> siehe zuerst klassische mechanik (zweikörperproblem)

Hätte ich mir denken können... xD

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Hallo TraXer120,

natürlich ziehen Protonen und Elektronen einander an. Seit RUTHERFORD 1911 entdeckt hat, wie klein der Atomkern im Vergleich zum gesamten Atom ist, verglich man Atome mit Sonnensystemen, wo ja die zentrale Sonne und ein Planet einander ebenfalls anziehen, wobei sich der Schwung des Drehimpulses mit der Gravitation die Waage hält.

Wie man inzwischen weiß, strahlt das System dabei Gravitationswellen ab, wobei der Energieverlust jedoch so gering ist, dass er in Jahrmilliarden nicht ins Gewicht fällt. Anders ist das nur bei einander eng umrundenden Schwarzen Löchern oder Neutronensternen, wo die Verschmelzung relativ schnell geht.

Bei der elektrischen Anziehung ist das anders, weil sie viel stärker ist und es zudem Dipolstrahlung gibt. Das Elektron, wie man es sich damals vorstellte, müsste eigentlich tatsächlich sehr schnell in den Kern stürzen.

Um dieses theoretische Problem zu lösen, postulierte 1913 BOHR ad hoc, auf ganz bestimmten Kreisbahnen entstehe keine Strahlung. Später entwickelten er und SOMMERFELD das Modell weiter, sodass auch elliptische Bahnen in Frage kamen.

Davei gibt es einen Grundzustand, in dem das Elektron keine Energie verlieren und daher normalerweise auch nicht mit einem Proton verschmelzen kann. Eine Verschmelzung ist auch sozusagen eine endotherme Reaktion, bei der zusätzlich Neutrinos entstehen, und geschieht nur bei hohen Energien. Normalerweise zerfallen Neutronen in Protonen, Elektronen und Antineutrinos.

In den 1924 postulierte DE BROGLIE, dass Elektronen Welleneigenschaften haben. Dabei drehte er PLANCKs Entdeckung von 1900 um, dass Lichtwellen der Frequenz f nur in "Portionen" der Energie h∙f emittiert oder absorbiert werden können, wobei h eine universelle Konstante ist.

Die BOHRschen Bahnen müssen demnach vom Umfang her ganzzahlige Vielfache der Wellenlänge h/p sein, wobei p der Betrag des Impulses des Elektrons ist.

Schließlich entwickelte SCHRÖDINGER 1926 eine Wellengleichung, die das Modell der Bahnen durch das noch heute gültige Orbitalmodell ersetzte. Dabei treten Komplexe Zahlenwerte auf, deren Phase hier im Bild durch Farben dargestellt werden.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung
 - (Schule, Physik, Atom)

in der Regel sind zu viele Neutronen da, die Schaffung weiterer Neutronen macht den Gesamtkern instabiler, und Zustandsübergänge zu weniger Stabilität sind in der Natur eher selten.

In bestimmten Radionukliden mit zu wenig Neutronen kann aber sog. inverser Betazerfall vorkommen. Dabei entsteht ein Neutrino.

Mit der klassischmechanischen Vorstellung von "Kugeln, die sich umkreisen" kommt man aber in der Quantenmechanik meist nicht weit.

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