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Schalenbefüllung
 
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Robin64



Anmeldungsdatum: 09.12.2018
Beiträge: 1

Beitrag Robin64 Verfasst am: 09. Dez 2018 12:39    Titel: Schalenbefüllung Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo Community,

in unserem Physik Unterricht hat unser Lehrer gemeint, dass die eine untere Schale nur zum Teil mit Elektronen gefüllt wird und dann erst die obere, bevor die untere ganz voll ist.
Wieso ist das denn so?

MfG

Meine Ideen:
Er meinte, dass es mit der benötigten Energie zu tun hat, aber das habe ich nicht ganz verstanden.
Mindfµck
Gast





Beitrag Mindfµck Verfasst am: 13. Dez 2018 18:51    Titel: Schalen, Orbitale... und das Wieso. Antworten mit Zitat

Grundsätzlich darf man anmerken, dass deine Frage etwas verwirrend gestellt ist. Aber das ist vermutlich so, weil du selbst nicht so den durchblick hast.
((Tut mir leid als Unregestrierter User muss ich die Urls zerhackseln.))

Lass dir von mir "kurz" mal die nähere Theorie hinten den "Schalen" erläutern. (Ich setze mal vorraus das du mit schalen "Orbitale" und nicht die Vorstellung von Schalen des Bohrschen Atommodelles meinst)
Die Quantenmechanik kennt keine eigentlich punktartigen Teilchen mehr sondern sagt nur etwas über die Aufenthaltswarscheinlichkeit von diesen aus. Wir sind mittlerweile so nah an die Teilchen rangerückt das diese Verschmieren ihr ort und ihre geschwindigkeit nicht genau bestimmt werden können. Die Unfähigkeit diese Teilchen zu beobachten liegt daran, das sie so klein sind, dass wenn wir sie einer Kraft/Energie wie Licht beobachten, also phontonen aussetzen, sie ihre Geschwindigkeit ändern. Ok, dann versuchen wir möglichst wenig Energie zuzuführen? also Licht mit einer sehr langen Wellenlänge. Über diese Wellenlänge bestimmt man aber den Ort eines Teilchen, je kürzer diese ist desdo besser. Deswegen kann man Ort und Geschwindigkeit nur noch begrenzt genau gleichzeitig bestimmen.
Da man die Eigenschaften geschwindigkeit Ort nicht genau kennt stellt man den Aufenhalt eines Elektrons über Warscheinlichkeiten dar. Diese Warscheinlichkeitsverteilung gleicht im simpelsten falle einer Welle.
Was sind dann Orbitale? Nun, das elektron wird als Welle um das Atom verstanden... wie können wir nun die Eigenschaften dieses Elektrons gut verstehen? Sofort dreidimensional denken können nur Genies also schauen wir uns das mal in der Ersten Dimension an. Dabei sagen wir das Elektron kann nur in einem bestimmten "Kasten" schwingen. Dieser ist gegeben dadurch das das Elektron wenn es dem kern zu nahe kommt von einer "Kernkraft" abgestoßen wird und wenn es zu weit von ihm weggeht als negative Ladung von der positiven Ladung des Kerns angezogen wird. Also schwingt das Elektron dazwischen irgentwie hin und her. Dabei ist Das Elektron in gewisser Hinsicht wie eine Gitarrensaite wenn du zupfst schwingt sie auch hin und her während sie an 2 Enden gefesselt ist.
htt ps: / /w ww.yo utube. co m/watch ?v=UFpWwqIKpjA. Das hier ist so eine kleine Erklärung zur Akustik die ich jetzt gleich als Grundlage verwende.
Das interessante hierbei ist. Die Gitarrensaite erzeugt nur einen bestimmten Ton wenn sie anklingt. htt ps :/ /d e.wikip edia.o rg/ wiki/Saitenschwingung. In dem Link kannst du auf dem Rechts oben eingefügten Bild sehen welche Möglichkeiten die Saite hat zu schwingen. Die erste Schwingung hat nur eine Halbe amplitude, ist also die größtdenkbare Schwingung zieht man die Gitarrenseite in betracht. In der Physik bedeutet eine Kleinere Periode eine Höhere Energie. so, nun zurück zu unserem Elektron. Dieses Schwingt nun zwischen den Saiten hin und her kann also nur ganz bestimmt Energien einnehmen, will es seinen Zustand nun ändern, muss es einen genauen betrag an energie aufnehmen, Der diese Schwingung genau aufs nächste Niveau bringt. Oder diesen betrag an Energie (Meistens Licht) abgeben um zu einer Energieärmeren Schwingung überzugehen. Nehmen wir nun an diese Schwingung ist nicht nur in eine richtung (oben unten) sondern auch von links nach rechts möglich und auch vorwärz rückwärtz möglich ist wird das ganze einfach nur durch drei überlagernde Schwingungen ausgedrückt. Du kannst aber jede dieser Schwingungen einzeln betrachten und eine Schwingung nimmt keinen einfluss auf eine andere und verändert diese. Also haben wir wenn wir unseren Kasten nun zum Kubus machen die Überlagerung von diesen 3 Schwingungen. Nehmen wir wieder den einfachsten fall, und sagen dass das Elektron in jeder richtung nur mit einer Halben periode schwingt (Energieärmste Schwingung), so ist das ergebnis seiner Schwingung ergebnis eine Kugel. ht tp: / /w ww.quantenwelt.d e/atomphysik/modelle/orb ital_s.ht ml. Was passiert nun aber, wenn man in eine Richtung eine Volle amplitude schwingen lässt und in die anderen beiden nur eine halbe. Sollte ja auch möglich sein. Die Antwort ist es entsteht ein p orbital. das aussieht wie zwei kugeln aneinander die sich mittig fast schon "anziehen".
ht tp: / /ww w.chem.ucla.e du/~harding/IGOC/P/p_orbital. ht ml. Was das bild nun vorweg nimmt, ist das so drei quasi energiegleiche orbitale möglich sind, da wir nun auch jeweil jeder der drei raumrichtung einmal die volle amplitude geben können. Und wenn du nun alle weiteren möglichkeiten durchgehst kommst du auf die weiteren möglichen Orbitale.

Gehen wir mit dem Modell nun zum nachsten schritt. Für das erste S orbital stehen Wasserstoff und Helium. Es werden also 2 Elektronen in das unterste S orbital gefüllt und damit ist schluss. Das nächste S orbital kommt nun vor den Ersten P orbitalen, frag mich nicht wieso, das ist aber energetisch günistiger. Darauf kommen dann die ersten P orbitale, welche notationsmäßig eine 2 vorangestellt bekommen. Also gibt es, das 1 S orbital mit H, He dann das 2 S orbital Mit Li, Be Dann folgen die drei energiegleichen 2P orbitale von B, C, N, O, F, Ne.
So, nun hat man versucht zu verstehen, wie die Elektronen in diesen Orbitalen eingefüllt werden. Aus irgenteinem Grund passen ja 2 Elektronen in ein Orbital. Die Quantenwelt sagt aber: Alles was die selben Eigenschaften hat (Ort und Schwingungsart) und sich nahe kommt stößt sich ab. Wie können nun die beiden Elektronen so "nah" im selben orbital (die selbe Schwingung) sein? Nun, das Elektron hat eine eigenschaft die sich spin nennt. Dieser Spin kann zwei eigenschaften einehmen, up und down. Ok, nun haben wir nicht mehr die Selbe Eigenschaften nun dürfen wir 2 Elektronen pro Orbital stapeln. Aber was mache ich wenn ich mehrere energiegleiche oder sehr energienahe Orbitale habe (etwa px,py,pz)? Stapele ich die Elektronen sofort in ein Orbital oder befülle alle Orbitale erstmal ein- dann zwei-fach? Die Spinpaarung, also 2 elektronen unterschiedlichen spins in einem Orbital ist etwas, dass Energie benötigt, deswegen werden in Energienahen orbitalen (so nah, dass die Spinpaarungsenergie relevant wird) die Orbitale erstmal einzeln besetzt, dann erst wird das nächste Elektron hinzugepaart. Dadurch ergibt es sich, dass der Stickstoff 3 Ungepaarte elektronen hat. ht tp :/ /w ww.seiln acht .co m/Lexi kon/pordn. h tm. Die Kästen stehen jeweils für ein Orbital die Pfeile nach unten für spin down und die teilchen nach oben für spin up. Wegen der Spinpaarungsenergie, ist es also auch möglich, das wenn ein s orbital einem d orbital energetisch zu nahe kommt, das nach dem ersten besetzen des S orbitals erstmal das D orbital befüllt wird.

Ich will immer noch eines Hinzufügen, Die heute Wissenschaft ist durch Wiederlegungen von schlechten Erklärungen entstanden. Jemand traf irgenteine Aussage, die die die Realität so halbwegs getroffen hat, dann kam der nächste mit einer besseren Aussage. Wissenschaftliches Arbeiten ist also Irrtümer durch bessere Irrtümer zu ersetzen. Deswegen erhebt mein Text keinerlei Anspruch auf Richtigkeit.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8571

Beitrag jh8979 Verfasst am: 13. Dez 2018 19:46    Titel: Re: Schalen, Orbitale... und das Wieso. Antworten mit Zitat

Mindfµck hat Folgendes geschrieben:
Deswegen erhebt mein Text keinerlei Anspruch auf Richtigkeit.

Insbesondere nicht, wenn Du ein Video der SimpleClub-Idioten verlinkst, welches einen krassen(!) Fehler enthält, der jedem Physiker sofort auffällt... (von der üblichen Dämlichkeit deren restlicher Erklärung mal ganz zu schweigen).
mind****
Gast





Beitrag mind**** Verfasst am: 13. Dez 2018 19:59    Titel: Antworten mit Zitat

Lieber jh8979
1 )ich muss zugeben, ich hab das Video von simpleclub nicht ganz angesehn habe, das Thema war für mich ja eh klar und ich wollte es nicht nochmal erklären. Ich wollte nur das das Wort "Periode" verstanden ist
2 ) da ich nicht Physik studiere mich aber für deren Zusammenhänge interessiere, interessiert mich natürlich wo die Fehler meiner Erklärung liegt also bitte ich diese zu elaborieren und den Fehler durch einen besseren Fehler zu ersetzen.
3 ) Könntest du bitte die freundliche Form wahren? Es zeugt nicht von gutem Charakter beleidigend zu werden.[/list]
mind****
Gast





Beitrag mind**** Verfasst am: 13. Dez 2018 20:06    Titel: Antworten mit Zitat

Ah, das mit den dämlichen Erklärung ging auch an die simpleclub Leute und nicht an meine Erklärung. Entschuldigung ich hatte mich verlesen.
Das macht Punkt 2 halb und Punkt 3 ganz obsolet. Sollte jemand aber ein Fehler im Text finden dann bitte ich um Verbesserung.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8571

Beitrag jh8979 Verfasst am: 13. Dez 2018 20:09    Titel: Antworten mit Zitat

mind**** hat Folgendes geschrieben:

1 )ich muss zugeben, ich hab das Video von simpleclub nicht ganz angesehn habe, das Thema war für mich ja eh klar und ich wollte es nicht nochmal erklären. Ich wollte nur das das Wort "Periode" verstanden ist

Und ich wollte nur sichergehen, klarzumachen, dass die Videos dieser Schwachmaten wertlos sind... im besten Fall ungenau, meistens irreführend, oft falsch.
Zitat:

2 ) da ich nicht Physik studiere mich aber für deren Zusammenhänge interessiere, interessiert mich natürlich wo die Fehler meiner Erklärung liegt also bitte ich diese zu elaborieren und den Fehler durch einen besseren Fehler zu ersetzen.

Deine Erklärung enthält viele Ungenauigkeiten/Fehler:
"Wir sind mittlerweile so nah an die Teilchen rangerückt das diese Verschmieren ihr ort und ihre geschwindigkeit nicht genau bestimmt werden können. "
"Die Unfähigkeit diese Teilchen zu beobachten liegt daran, das sie so klein sind, dass wenn wir sie einer Kraft/Energie wie Licht beobachten, also phontonen aussetzen, sie ihre Geschwindigkeit ändern."
"Nun, das elektron wird als Welle um das Atom verstanden"
"Also haben wir wenn wir unseren Kasten nun zum Kubus machen die Überlagerung von diesen 3 Schwingungen. Nehmen wir wieder den einfachsten fall, und sagen dass das Elektron in jeder richtung nur mit einer Halben periode schwingt (Energieärmste Schwingung), so ist das ergebnis seiner Schwingung ergebnis eine Kugel."
...

... aber mit Deiner Erklärung hab ich trotz aller Unsauberkeiten eher weniger ein Problem...
Zitat:

3 ) Könntest du bitte die freundliche Form wahren? Es zeugt nicht von gutem Charakter beleidigend zu werden.

Tu ich. Wenn ich ganz ehrlich sagen sollte, was ich von den SimpleClub-Vollpfosten halte, dann würde mein Beitrag noch schlimmer klingen als deren Videos...
mindfµck
Gast





Beitrag mindfµck Verfasst am: 13. Dez 2018 20:56    Titel: Antworten mit Zitat

Lieber jh8979,

Ich bitte nochmal um Verzeihung, wegen dem Vorherigen Missverständnisses. Ich habe mich einfach verlesen und gedacht
Zitat:
(von der üblichen Dämlichkeit deren restlicher Erklärung mal ganz zu schweigen).
Ich hatte anstatt deren, deiner gelesen. Deswegen war ich etwas eingeschnappt.

Könntest du bitte sagen, was dir an meinen stark vereinfachten Form also den Ungeauigkeiten nicht gefällt.
"Wir sind mittlerweile so nah an die Teilchen rangerückt das diese Verschmieren ihr ort und ihre geschwindigkeit nicht genau bestimmt werden können. "
"Die Unfähigkeit diese Teilchen zu beobachten liegt daran, das sie so klein sind, dass wenn wir sie einer Kraft/Energie wie Licht beobachten, also phontonen aussetzen, sie ihre Geschwindigkeit ändern."
Im groben wollte ich mit der Erklärung die Heisenbersche Unschäferelation einfach erklären.
"Nun, das elektron wird als Welle um das Atom verstanden" Im sinne der Quantenmechanik ist ein Elektron doch eine Materiewelle.
Hier wollte ich das Teilchen im Kasten Vereinfachen, was passt nicht ganz?
"Also haben wir wenn wir unseren Kasten nun zum Kubus machen die Überlagerung von diesen 3 Schwingungen. Nehmen wir wieder den einfachsten fall, und sagen dass das Elektron in jeder richtung nur mit einer Halben periode schwingt (Energieärmste Schwingung), so ist das ergebnis seiner Schwingung ergebnis eine Kugel."
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8571

Beitrag jh8979 Verfasst am: 13. Dez 2018 21:12    Titel: Antworten mit Zitat

mindfµck hat Folgendes geschrieben:
Könntest du bitte sagen, was dir an meinen stark vereinfachten Form also den Ungeauigkeiten nicht gefällt.
"Wir sind mittlerweile so nah an die Teilchen rangerückt das diese Verschmieren ihr ort und ihre geschwindigkeit nicht genau bestimmt werden können. "

Es geht nicht darum Geschiwndigkeit und Ort zu bestimmen... das Problem ist grundlegender...
Zitat:

"Die Unfähigkeit diese Teilchen zu beobachten liegt daran, das sie so klein sind, dass wenn wir sie einer Kraft/Energie wie Licht beobachten, also phontonen aussetzen, sie ihre Geschwindigkeit ändern."

Wie klein sind sie denn? Wieso hat das mit irgendeiner Kraft oder Energie zu tun? Das ist der uebliche Unschärfe-Quatsch..
Zitat:

Im groben wollte ich mit der Erklärung die Heisenbersche Unschäferelation einfach erklären.
"Nun, das elektron wird als Welle um das Atom verstanden" Im sinne der Quantenmechanik ist ein Elektron doch eine Materiewelle.

Ja.. aber da ist keine Welle im eigentliche Sinne...
Zitat:

Hier wollte ich das Teilchen im Kasten Vereinfachen, was passt nicht ganz?
"Also haben wir wenn wir unseren Kasten nun zum Kubus machen die Überlagerung von diesen 3 Schwingungen. Nehmen wir wieder den einfachsten fall, und sagen dass das Elektron in jeder richtung nur mit einer Halben periode schwingt (Energieärmste Schwingung), so ist das ergebnis seiner Schwingung ergebnis eine Kugel."

Wenn der Kasten ein Kubus ist, dann ist die Lösung NIE eine Kugel...
Mindfµck
Gast





Beitrag Mindfµck Verfasst am: 13. Dez 2018 22:16    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Es geht nicht darum Geschiwindigkeit und Ort zu bestimmen... das Problem ist grundlegender...

Grundsätzlich, ist für das Verständis eines "Teilchens" um ausssagen über sein verhalten zu machen doch 1tens Sein Ort, 2tens Seine Geschwindigkeit, drittens welche kräfte auf es wirken/ es selber wirkt, wichtig? Ich steh grade ein Wenig auf dem Schlauch was du damit also gemeint haben könntest.
[quote]Wie klein sind sie denn? Wieso hat das mit irgendeiner Kraft oder Energie zu tun? Das ist der uebliche Unschärfe-Quatsch...
Zitat:

Ich finde, "Teil"-chen und unscharf sind gute beschreibungen der Realität wie sie vorliegt. Etwa ist ein Teilchen ein Teil von etwas, etwa ein Atom. Wieso darf ein Teilchen nicht kleiner sein als etwas dessen Teil es ist? In der Realen welt sagst du auch der Stein hat den und den Durchmesser. Aber das ist ja im groben dann auch falsch, weil er sich aus Teilchen zusammensetzt, die nur in deren nähe eine Abstoßung bewirken, die wir durch ertasten wahrnehmen können und über diese Abstoßung dann die größe des Steines Bestimmen können. im groben könnten wir aber mit genügend kraft diese Abstoßung überwinden und quasi durch den stein durchgeistern. Wir könnten die größe des Elektrons also über seine Abstoßungswirkung auf in der nähe liegende Teilchen betrachten. Nur würde der Stein vorher vermultich wenn er diese kraft nur aus einer Richung erfährt zersplittern. Ich habe gesagt das wir eben das kleinste von kleinsten ansehen, und mit sowas kann man sich was vorstellen, nicht mit einem ewig kleinen größenlosen etwas, das abstoßende und anziehende kräfte wirkt. Natürlich habe ich vergessen zu erwähnen falls du dies meintest, dass das winzige teilchen (in diesem Fall) auch eine winzige masse hat. Und wenn diese eben mit einem Photon wechselwirkt, wird sie durch diesen Prozess von diesem eine Geschwindigkeitsänderung erfahren. Bei der Wechselwirkung mit einem Photon wird ein Teil von dessen Energie oder dessen gesamte energie übertragen. Einen Prozess, den wir nach dem erneuten freigeben des Photons durch das elektron, oder dessen ablekung feststellen können. Das nenne ich beobachten. Dieses Beobachten verändert jedoch den Quantenzustand des Elektrons, macht also eine Vorraussage über dessen (genaues) verhalten unmöglich, da wie ich erklärt habe Ort und geschwindigkeit nicht gleichzeitig über eine bestimmte genauigkeit hinaus bestimmt werden können. Klo

Unschärfe finde ich als betrachtung für jemand Fachfremden deswegen gut, weil es dessen vorstellung von einen Festen körper verschwimmen lässt, das Elektron dessen genaue größe wir nicht kennen usw usw ist da ja, aber wo und wie schnell wissen wir ja nicht deswegen können wir uns keinen festen körper vorstellen sondern nur eine wolke, von außen da, kommt man ihr zunahe spürt man da ist was aber wenn man will kommt man auch durch die wolke durch.
Der Dritte Punkt, ja ok, die Materiewelle elektron hat nicht mit dem bewegen des elektrons auserhalb zu tun, dessen bewegung wir nur mit einer welle beschreiben, es aber nicht wirklich wissen, da wir dem Elektron keine größe zugestehen wollen. Damit ist das elektron keine welle um den Atomkern sondern seine Aufenhaltswarscheinlichkeit kann mit einer wellenfunktion beschrieben werden.
Der vierte Punkt, ja du hast recht, natürlich bekommen wir einen Kubus mit einem Kubuskasten. Wenn wir aber wieder die unwarscheinlichsten 5% des elektronen aufenthalts weglassen wäre das ergebnis kugelförmig oder? grübelnd
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