Welke energie houdt de elektronen van een atoom in beweging?

Weet jij het antwoord?

/2500

Het beste antwoord

Als je het atoom klassiek en puur mechanisch bekijkt, is er geen energie nodig om de elektronen in beweging te houden. In deze zienswijze zijn de elektronen een soort kleine harde bolletjes die rond de atoomkern draaien. Aangezien er niets is dat de beweging afremt, zullen ze hun snelheid altijd behouden. Hetzelfde geldt voor de aarde die rond de zon draait: zolang de aarde nergens door wordt afgeremd, blijft die altijd rond de zon draaien. Ook satellieten die rond de aarde draaien, of bijvoorbeeld Cassini die nu rond Saturnus draait, hebben geen enkele aandrijving nodig. In werkelijkheid geldt de klassieke mechanica niet op atomaire schaal. Op die schaal geldt de quantummechanica. Echter, ook in de quantummechanica geldt de wet van behoud van energie. Energie kan wel worden overgedragen aan iets anders, maar kan niet verloren gaan. Zolang er niets is om de energie aan over te dragen, zal het elektron zijn energie behouden. Daarnaast schrijft de quantummechanica voor welke energie een elektron mag hebben. Slechts bepaalde energieniveaus zijn toegestaan. Straatverlichting werkt bijvoorbeeld door de elektronen van het gas dat in de lamp zit, via botsingen een hogere energie te geven. Die elektronen vallen daarna terug naar een lager energieniveau. Het energieverschil stralen ze uit in de vorm van licht. Doordat beide energieniveaus precies gegeven zijn (twee van de weinige "toegestane" energieniveaus), wordt er bij elke terugval dezelfde hoeveelheid energie afgegeven; die energie komt in dit geval overeen met de typische oranjegele kleur die wij zien. De quantummechanica schrijft ook voor dat er een laagste hoeveelheid energie is die is toegestaan voor een elektron rond een atoomkern. Die energie *kan* het elektron dus nooit kwijtraken.

Electronen zijn weliswaar detecteerbaar als electrisch geladen deeltjes, in de praktijk zien we ze als een zichtbare (!) schil om het atoom, waarbij we alleen de buitenste schil kunnen waarnemen. Zelfs bij het absolute nulpunt is het electron in deze schil overal tegelijk. Dat heeft inderdaad te maken met de kwantumenergie die het electron bevat. On je een voorstelling te maken moet je weten dat het electron met een snelheid van ongeveer 1/100 deel van de lichtsnelheid om een kern draait waarbij de diameter van het totale atoom (afhankelijk van de soort ) in het nanometergebied ligt. Om het aantal rondjes welke het electron per seconde om het atoom maakt, moet je-bij een snelheid van 3000KM/sec en een omtrek van zeg maar een nanometer- dus 3000 000M delen door 1/1000 000 000 meter =3X 10^15 omwentelingen per seconde. Het electron is dus op hetzelfde moment overal in de schil aanwezig. Dit is moeilijk voor te stellen, maar een propeller van een vliegtuig die 4000 toeren per minuut maakt lijkt overal in de cirkel aanwezig te zijn die hij beschrijft, vooral als hij fel gekleurd is. Het electron zou je dus als een elastisch vlies om de atoomkern heen kunnen zien en dat blijkt ook zo te wezen. Deze energie die de rotatie in stand houdt, kan het electron maar deels kwijt, hij gaat dan van schil veranderen. Door warmte trillen atomen hevig Be enorme hitte zijn atomen volledig geioniseerd en spreekt men van plasma, bij afkoeling vormen zich weer de schillen als gebruikelijk Bij enige graden Kelvin staan de atomen echter vrijwel stil en kunnen stoffen als helium die dan nog vloeibaar zijn, de atomen worden ingedeukt en dat leidt tot supervloeibaarheid, de vloeistof kan dan vrijwel wrijvingsloos door een zeer kleine opening heen. Allemaal heel wonderlijk, zeker als je weet dat het electron -ook in deze toestand- nog steeds met 3X10^15 keer per seconde zijn rondjes om het atoom draait. Het electron in een atoom moet je dus eigenlijk als een veldverschijnsel zien. Een magneet gebruikt immers ook GEEN energie om magnetisch te blijven, maar produceert wel een magnetisch veld. Getallen zijn bij benadering en dienen slechts ter illustratie.

Het korte antwoord is "de eigen energie" Dit is moelijk te begrijpen omdat zaken op die kleine schaal ofwel kwantumschaal anders werken dan wat wij gewend zijn. Er is in de kwantumwereld geen lucht of traagheid waar het elektron doorheen moet ploegen. Het verliest dus verder geen energie. Een elektron heeft een grondtoestand waarin het zich tegelijk als deeltje en als golf gedraagt. Die grondtoestand is heel stabiel (miljarden jaren). Een elektron dat om een atoomkern draait, bevindt zich altijd in een specifieke "schil" of baan. Een elektron kan aangeslagen worden door energie en komt dan in een (veel) hogere baan. Vervolgens kan een electron weer terugvallen naar een lagere baan en straalt daarbij een foton uit (met een specifieke frekwentie). denk maar aan een TL buis. Uiteindelijk komt het elektron weer terecht in de laagste, vrije baan waar nog plaats is. De extra energie die hij daarbij kwijt moet komt vrij in de vorm van fotonen. Die zijn zo specifiek dat je aan het licht het soort atoom (element) kunt afleiden.

Bronnen:
http://nl.wikipedia.org/wiki/Uitsluitingsp...

Stel zelf een vraag

Ben je op zoek naar het antwoord op die ene vraag die je misschien al tijden achtervolgt?

/100