Nonas

Physik/Chemie: Warum fällt das Elektron nicht auf den Atomkern?

Ich muss mal wieder Nachhilfe für meine Tochter geben...

Diesmal kam die Frage auf, warum Elektronen (negativ geladen) um den Atomkern (positiv geladen) kreisen (ähnlich wie die Planeten um die Sonne) und nicht direkt in den Atomkern stürzen, da sich ja gegensätzliche Ladungen anziehen. Und bedeutet eine Kreisbahn (= Elektronen) nicht gleich auch Energieaufwand? Bin mit meinem Latein am Ende. Kann jemand hier helfen?

Beste Grüße
Nonas
Frage Nummer 34665

Antworten (13)
Oberguru
Das Elektron kreist nicht um den Atomkern. Es bildet eine stehende Welle aus, ähnlich einer Gitarrenseite.

Für Kinder: Der Mond fällt auch nicht auf die Erde. Kräftegleichgewicht zwischen Erdanziehung und Zentrifugalkraft.
antwortomat
Energie ist nicht in beliebig kleinen Mengen übertragbar. Die kleinste übertragbare Energiemenge ist ein Quantum. Das spielt für ein Elektron eine große Rolle. Es kann sich nur auf bestimmten, festen Bahnen um den Kern herum bewegen. Um es nun von einer Bahn auf die nächste, innere zu heben, muss erst einmal Energie zugeführt werden, beim Fallen auf die kleiner Bahn wird dann die zugeführte Energie und die überschüssige Engergie der in Form von Licht abgegeben. Das passiert also nicht von selbst, sondern nur durch Wirkung von Außen.
Wenn Dus genauer wissen willst, kannst Du ja mal versuchen das hier zu verstehen :-)
Oberguru
Und wo ist nun die Erklätung, warum das Elektron nicht auf den Atomkern fällt? Energiequantelung kann das nicht erklären. Und schon gar nicht gibt es Bahnen.
antwortomat
Lies das was ich verlinkt habe, dann kommt etwas Licht ins Dunkle.
Oberguru
Ich kann die Schrödingergleichung für das Zweikörperproblem auch ohne einen Link vom antwortomaten lösen, ergo brauch ich deinen Link nicht, und dunkel ist das für mich eh nicht. Akzeptier einfach dass deine Antwort im Prinzip richtig ist, aber nichts zur Frage beiträgt.
antwortomat
Deshalb der Link...oh man....
Oberguru
Weisst du überhaupt was die Schrödingergleichung ist? Nein? Eben, sieht man an deinem dahergesponnen Kram...
Oberguru
Ich hab mir den Link mal angetan.... auweia... Ist es so schwer zu verstehen dass dieses Modell mit Bahnen schon längst out-of-date ist? Es gibt keine Elektronenbahnen, weder stabile noch instabile. Elektronen rasen nicht um den Atomkern. Punkt. Besser erklärt man das mit einem Seil das schwingt oder mit den Chladnischen Klangfiguren auf einer Glasplatte. Wobei das Seil für ein Kind(!) noch am einfachsten nachzuvollziehen ist (Seilspringen sollten Kinder eigentlich noch kennen). Mit etwas Geschick bringt man das Seil nicht nur mit lambda/2 (zwei Knoten und ein Bauch)sondern auch mit lambda zum Schwingen (drei Knoten und zwei Bäuche) Das symbolisiert die Zustände des Elektrons wesentlich besser als das nur noch geschichtlich relevante Bohrsche Atommodell mir nicht zu verstehenden Postulaten.
TschiTschi
Wie wär's mit dem Begriff "Zentrifugalkraft"?
berndo1983
Ich vermute mal das ihre Tochter noch zur Schule geht und ich gehe außerdem davon aus, dass es daher unnötig ist so weit in die Tiefe zu gehen wie das manche Anwortgeber hier unterstellen. Ich vermute man will hier nur auf die Zentrifugalkraft hinaus.
Um beim Beispiel der Sonne und der Erde zu bleiben; hier ist es natürlich so, dass sich beide Objekte anziehen und nur deshalb ist hier auch eine "stabile" Bahnbewegung möglich, das gleiche gilt auch für das System Elektron - Proton, würden beide Teilchen hier gleich geladen sein und sich daher abstoßen, gäbe es keine Kreisbahn.

Nun ist es aber gerade so, dass durch die Kreisbewegung des Elektrons eine Zentrifugalkraft auf dieses wirkt welche das Elektron aus der Bahn zu schieben würde, wenn es nicht die elektrostatische Anziehung gäbe, welche gerade genauso groß ist, dass sich beide Kräfte aufheben. Dadurch bleibt das Elektron auf der Kreisbahn.
Sokrates137
Es wuerde mich ja interessieren, ob der Physik- oder Chemielehrer Ihrer Tochter seine eigene Frage ueberhaupt beantworten kann. Die Antworten, die ich bisher hier sehe, sind leider alle falsch.

Antwort 1, die mit der Fliehkraft, die die Anziehung der gegensaetzlichen Ladungen ausgleichen soll. Hoert sich erstmal toll an, wenn man sich vorstellt, dass das Electron wie negativ geladener Tennisball den positiv geladen Atomkern (etwas groesser, vielleicht ein Fussball, oder ein Kuerbis) umkreist.

Aber, das geladene Tennisball-Elektron wuerde bei seinem Flug um den Atomkern eine elektomagnetische Welle erzeugen, also Energie verlieren, und ziemlich schnell in den Atomkern stuerzen.

Antwort 2, das mit den Bahnen mit den gequantelten Drehimpulsen. Das hat sich Bohr um 1913 augedacht, das hat so ungefaehr zur Berechnung des Spektrums des Wasserstoffs gereicht. Aber seit Heisenberg und Schroedinger wissen wir, dass Atome nicht wirklich so aussehen.
Sokrates137
Also Antwort 3, man schreibt die Schroedingergleichung hin?

Und man sieht erstaunt, dass ihre Loesungen ziemlich mit dem Wasserstoffspektrum zusammen passen (apropos, kann mir mal jemand die Loesungen der Schroedingergleichung fuer Atome mit mehreren Elektronen schicken? Danke!).

Aber wer garantiert uns, dass die Schroedingergleichung wirklich ein reales Atom beschreibt? Nur weil der Erwin die mal hingeschrieben hat und die Eigenwerte so gut zum Wasserstoffspektrum passen?
Sokrates137
Ha, reingefallen, wir wissen heute, dass die Schroedingergleichung auch nicht wirklich stimm.

Das wusste Dirac sogar schon 1927-28. Weil die Schroedingergleichung naemlich nicht mit der Relativitaetstheorie kompatibel ist, nicht mal mit der speziellen. Also gibt's die Dirac-Gleichung. Die ist genauer.

Reicht aber immer noch nicht. Ende der 1940 wurde klar, dass auch die Dirac-Gleichung selbst so einfache Atome wie das Wasserstoff-Atom nicht wirklich exakt und vollstaendig beschreibt. Darum haben Feynman, Tomonaga, Schwinger, Dyson, etc. die Quantenelectrodynamik erfunden.

Damit kann man nun so ziemlich alles sehr praezise berechnen, was man am Wasserstoff-Atom messen kann.

Aber ob die jetzt erklaeren kann, warum Atome stabil sind --- ich weiss es nicht.

Fragen Sie doch bitte den Lehrer Ihrer Tochter.