Mögliches Duplikat:
Warum besetzen Elektronen den Raum um Kerne und kollidieren nicht mit ihnen?
Warum stürzen Elektronen nicht in die Kerne, die sie „umkreisen“?
Nach dem, was ich in Chemie gelernt habe, ziehen die Protonen im Kern die Elektronen an und stoßen sich durch elektromagnetische Kräfte gegenseitig an, werden aber durch die starken Kernkräfte in ihren Gluonen an Ort und Stelle gehalten. Es wurde jedoch nicht viel darüber gesagt, was die Elektronen in der Umlaufbahn hält. Ich habe immer nur angenommen, dass es andere Elektronen waren, die ein Elektron daran hinderten, Teil des Kerns zu werden. In Form von Wasserstoff, der nur ein Elektron hat, was verhindert, dass dieses Elektron vollständig in den Kern gezogen wird?
Dies ist in der Tat ein Problem, aber nicht aus dem Grund, den Sie denken.
Wenn das Elektron der klassischen Mechanik gehorchte und nur der elektrostatischen Anziehung zum Kern ausgesetzt wäre, würde es niemals in den Kern fallen, obwohl es ständig von ihm angezogen würde. Dies ist genau analog dazu, warum die Erde nicht in die Sonne fällt: Sie hat einen zu großen Drehimpuls, also befindet sie sich bereits auf einem anderen Teil ihrer Umlaufbahn, wenn die Sonne sie erheblich "fallen" lässt. So "fällt" die Erde (wie das voraussichtliche Elektron) weiter im Kreis um die Sonne.
Elektronen spüren leider nicht nur elektrostatische Kräfte, sondern müssen der vollständigen elektromagnetischen Theorie von Maxwell entsprechen, die vorschreibt, dass beschleunigende Ladungen (wie kreisende Elektronen) ihre Energie als elektromagnetische Wellen abstrahlen müssen. Diese Energie wird der Orbitalbewegung entzogen, die stetig in den Kern kollabieren würde. Und das innerhalb von Sekundenbruchteilen.
Dies war sehr lange ein Rätsel und es war der eklatante Fehler im planetaren Atommodell, als es erstmals von Rutherford und Moseley vorgeschlagen wurde. Sie können es nur heilen, indem Sie das Elektron zu einer quantenmechanischen Bestie machen, einer seltsamen Mischung aus einem Teilchen und einer Welle.
Im Wesentlichen fällt das Elektron nicht in den Kern, weil seine Position, wie jede Welle, nicht eng begrenzt werden kann, ohne ihm eine sehr kleine Wellenlänge zu geben (und das würde ihm einen großen Impuls verleihen, der es ihm ermöglichen würde, aus dem Kern auszubrechen). Elektronenwellen breiten sich wie alle Wellen gerne aus, und sie können auch mit sich selbst interferieren, um komplizierte Interferenzmuster um den Kern herum zu erzeugen. Es war damals ein großer Triumph der theoretischen Physik, als Schrödinger eine Gleichung vorschlug, die beschreibt, wie sich diese Elektronenwellen konstruktiv zu stehenden Wellenmustern addieren können, deren Energien genau denen des planetaren Bohr-Modells und damit experimentellen Fakten entsprachen. Diese stehenden Wellen sind die einzigen stabilen Zustände der Elektronenwellen im Atom, weshalb es nicht kollabiert.
QMechaniker
Richard