Warum ziehen sich Proton und Elektron nicht an?
Hallo. Ich wollte mal wissen warum sich Proton und Elektron innerhalb eines Atoms nicht anziehen. Gegensätzliche Ladungen ziehen sich doch normalerweise an. Müsste das Elektron nicht in den atomkern gezogen werden?
6 Antworten
So, nun hier auch noch meine Antwort.
Von der Vorstellung, dass wir aus "fester" Materie bestehen, kannst du dich endgültig verabschieden. Wenn wir Normalbürger von Atomen reden, haben wir normalerweise ein Bild vor Augen, in dem ein Kern aus mehreren zusammengeklebten Murmeln von einer Anzahl einzelner Murmeln mehr oder weniger kreisförmig umrundet wird. Diese Vorstellung ist aber nicht richtig.
Du hast gefragt, warum sich Protonen und Elektronen nicht anziehen. Und die Antwort darauf lautet: Tun sie nicht? Tun sie doch! Die Welt der (sub)atomaren Teilchen wird von der Quantenphysik bestimmt, und in dieser gelten andere Regeln als in der klassischen Physik, bzw. der makroskopischen Welt.
Sicherlich hast du schon von der heisenbergschen Unschärferelation gehört. Sie sagt aus, dass man nicht beliebig den Ort und den Impuls eines Teilchens messen kann. Je genauer man einen dieser Werte misst, desto unschärfer wird der andere. Misst man also den Ort eines Elektrons immer genauer, wird der Impuls und damit die Geschwindigkeit desselben immer größer. Will man das Elektron also im Kern halten, muss Energie aufgewendet werden, da es sonst trotz der Anziehung wegflöge.
Folglich lautet die Antwort auf deine Frage, dass Elektronen sehr wohl im Atomkern sein können. Vollends verwirrt? Sehr gut! Dann folgt jetzt die Auflösung. Natürlich können Elektronen nicht einfach irgendwie, irgendwo im Atomkern rumschwirren. Es gibt Gesetzmäßigkeiten, denen sie unterliegen.
Da wäre zunächst einmal das Pauli-Prinzip. Dieses besagt, dass die so genannten Fermionen (Leptonen und Quarks, sowie alle Teilchen, die aus diesen Gruppen zusammengesetzt sind) den gleichen Quantenzustand am gleichen Ort einzunehmen. Elektronen sind Leptonen und Elektronen folgen damit natürlich auch diesem Prinzip.
Dies bedeutet, dass sich 2 Elektronen mit gleichem Spin und gleichem Drehimpuls sich nicht am selben Ort aufhalten dürfen. Der Spin beschreibt die Eigenrotation des Elektrons; der Drehimpuls, beschreibt, wierum das Elektron den Kern umkreist. Dies ist im übertragenen Sinne zu betrachten: Weder rotiert ein Elektron selbst, noch umkreist es den Atomkern; vielmehr dienen diese Begriffe zur Unterscheidung verschiedener Quantenzustände.
Tatsächlich ist es so, dass ein Elektron eine gewisse Aufenthaltswahrscheinlichkeit, an einem bestimmten Ort hat. Wo dieser Ort ist, wird mithilfe von Orbitalen beschrieben, welche ihrerseits durch den Drehimpuls und die Schale (diesen Begriff sollte man ebenfalls nicht wörtlich nehmen) bestimmt wird. Dabei hat nur dass "innerste", nämlich das s-Orbital eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit direkt im Kern, alle anderen bleiben außen vor, eben weil die Elektronen keine beliebigen Zustände annehmen können.
Ich hoffe, das war ausreichend genau. MfG
warum fliegt die erde nicht in die sonne?
Weil Physik eines meiner Hobbys ist und ich mir einbilde diesbezüglich mehr zu wissen als du.
dann kannst du mir bitte erklären, warum ein elektron nicht in den atomkern gezogen wird? beachte bitte immer den zusammenhang zwischen sprache und inhalt.
Im Moment fehlt mir die Lust zu tippen, aber vielleicht schreibe ich später noch was dazu. Schau am Besten heute Abend nochmal rein. MfG
Doch. Zumindest in einfachen, leicht verständlichen Modellen. Tatsächliche Gründe natürlich nur mittels Quantenmechanik erklärbar. Aber da kommt man mit Physik als Hobby auch nicht weiter.
achso, wenn du schonmal in der bibliothek bist, kannst du mir irgendwas leichtes mitbringen? irgendwas von kant oder kafka. hauptsache was mit K
Weil die Sonne keine positive Ladung hat und die Erde keine negative...Hat eine hat nichts mit dem anderen zu tun.
in beiden Fällen wird ein Körper von viel kleinerer Masse von einenm mit größerer Masse angezogen. In einfachen Modellen lässt sich in beiden Fällen mit der gleichen Argumentation erklären warum sie nicht zusammenstürzen. Für dieses Modell ist die Sonne-Erde-Beziehung durchaus eine passende Analogie mit der man sich das Verhalten auf einfache Art klarmachen kann. Ob da jetzt verschiedene Ladungen oder die Gravitation dahintersteckt ist völlig egal, in beiden Fällen kommts rechnerisch mehr oder weniger aufs gleiche raus.
Hi Ted, die Antwort ist hier gar nicht so einfach. Durch die Bewegung auf Bahnen um den Atomkern herum kommt es zu Zentrifugalkräften. Das ist die Kraft die du spürst wenn du mit einem Auto durch einen Kreisverkehr fährst. Wie du im Auto vom Mittelpunkt des Kreisverkehrs "weggedrückt" wirst, so wird das kreisende Elektron vom Atomkern wegedrückt. Sind die anziehenden elektrischen Coulomb-Kräfte genauso groß wie die vom Kern wegdrückenden Zentrifugalkräfte hat man theoretisch eine stabile Bahn. Das Problem bei diesem Modell ist allerdings, dass elektrisch geladene Körper die sich bewegen ein Elektrisches Feld abstrahlenen. Das wüde zu einem Energieverlust der Elektronen führen. Die würden dadurch langsamer, die Zentrifugalkraft würde nicht mehr reichen und das Atom würde kollabieren. Für einfache Zwecke liefert das Kugelschalenmodell aber dennoch brauchbare Vorhersagen. Das nächste Modell mit etwas mehr Aussagekraft wäre das Atommodell der Quantenmechanik. Wenn du dich für soetwas interressierst kannst du dich da ja mal reinlesen.
p.s. Ersetzt man Kreisbahn durch Elipse und Coulomb-Kraft durch die Gravitationskraft ist es im Prinzp das selbe wie bei den Planeten.
Die Frage haben sich die Entdecker der Quantentheorie auch gestellt und sind nach vielen Messungen zum Schluss gekommen, dass die Gesetze der klassischen Physik im Microkosmos nicht anwendbar sind, sondern durch die Quantentheorie ersetzt werden müssen. Demnach nehmen Elektronen diskrete Energie-Zustände an, die nur entfernt mit Bahnen vergleichbar sind und eher einer Ladungswolke gleichen.
Tun sie doch. Allerdings ist das Elektron im Vergleich zum Proton riesig. Es kommt ihm am nächsten, wenn es das Proton in seinen Mittelpunkt nimmt.
woher hast du das denn? Ohne Wikipedia jetzt als der Weisheit letzten Schluss zu nehmen zitiere ich mal:
Die experimentelle Obergrenze für die Größe des Elektrons liegt derzeit bei etwa 10−19 m.
und
Der Durchmesser eines freien Protons beträgt etwa 1,7 · 10−15 m, also 1,7 Femtometer (fm).
(Wikipedia, Elektron bzw. Proton)
Hast du für deine Behauptung irgendwelche Quellen?
die Wolke, in der sich Elektronen aufhalten, ist im Vergleich zum Proton riesig. Allerdings beträgt die Masse des Elektrons nur 1/1800 tel des Protons.
Oh lol, hast du jetzt wirklich drauf gewartet oder war das Zufall?