Wie können Elektronen auf andere Bahnen im Atom wechseln?
Wie können Elektronen die Bahnen in Atomen wechseln und was hat es mit Energie zu tun?
Und wie passiert es überhaupt? Wird so etwas nur künstlich erzeugt, oder passiert es auch natürlich in der Natur?
5 Antworten
Die Idee von Elektronen, die auf Bahnen (oder Schalen) den Atomkern umkreisen, stammt aus dem Atommodell von Nils Bohr, das inzwischen als überholt gilt.
Statt dessen spricht man heute von Orbitalen, in denen sich Elektronen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit aufhalten - bedingt ua durch die Heisenbergsche Unschärferelation, nach der es unmöglich ist, gleichzeitig Ort und Geschwindigkeit mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Um die Sache aber nicht weiter zu verkomplizieren: Egal, ob man von Bahnen, Schalen oder Orbitalen redet - jedes Atom versucht, einen möglichst energiearmen Zustand zu erreichen.
Das bedeutet ua, dass Elektronen möglichst nah am Atomkern sind. Um ein Elektron auf ein höheres Niveau zu bringen, muss Energie zugeführt werden.
Um eine Analogie zu verwenden: Wenn Du einen Kasten Limo vom Boden hochhebst und auf einen Tisch stellst, hast Du auch Energie zugeführt und als potentielle Energie in der Getränkekiste gespeichert.
Im atomaren Bereich wird daraus das Elektron, aus der Gravitation wird das elektrische Feld, aber das "Hochheben" benötigt genauso Energie.
Allerdings ist dieser Zustand nur von begrenzter Dauer - der Tisch ist instabil, die Kiste fällt auf den Boden. Dabei wird wieder Energie frei und durch die Quantenphysik kann man belegen, dass diese Energie nur in definierten Mengen (Quanten) frei werden kann.
Die Energiezufuhr kann zB durch Strom oder Wärme erfolgen - sowohl in der Natur als auch durch Menschenhand
Um ein einfaches Beispiel zu nennen: Blitz und Neonröhre.
Noch Fragen?
Es gibt nicht wirklich Bahnen. Sie stehen im Atommodell für verschiedene Energiezustände der Elektronen. Und ja, das passiert ständig in der Natur. Wenn das Atom z.B. von einem Photon mit der passenden Energiemenge getroffen wird, wird es absorbiert und das Elektron hat dann eine höhere Energie, sprich, es 'springt auf eine höhere Bahn'. Allerdings bleibt es nicht da, es springt nach kurzer Zeit wieder zurück, und es wird wieder ein Photon mit der entsprechenden Energie ausgespuckt.
Es gibt keine Bahnen, nur Quantenzustände, die stabil sind, weil sie Eigenzustände des Hamiltonoperators des jeweiligen Atoms sind, deren Eigenwerte der Energie des Zustands entspricht.
Elektronen haben verschiedene Energieniveaus, d.h. können Energie aufnehmen (z.B. durch Lichtquanten) oder Energie abgeben. Um sich diese Quantensprünge bildlich vorzustellen, hilft das Modell der unterschiedlichen Elektronenbahnen. Die Energiezustände sind jedoch nicht wirklich Bahnen.
In einem anderen Modell können sich Elektronen auch wie Wellen um den Atomkern verhalten. Diese müssen ganzzahlig in sich geschlossen sein, d.h. es können nicht "Wellenberge" und "Wellentäler" aufeinandertreffen. Es sind darum auch bei diesem Modell bezüglich der Energieniveaus keine Zwischenstufen möglich.
1. gibt es keine 'Bahnen' in Atomen.
2. Die Quantenmechanik beweist, dass Elektronen in Atomen nur ganz bestimmte EnergieMengen aufnehmen und abgeben können (der EnergieAustausch ist quantisiert). Entsprechend können die Elektronen auch nur ganz bestimmte Zustände erreichen (durch Quantensprünge).