Massendefekt und potenzielle Energie beim Elektron

Wissenschaft Physik
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Hallo,
wie ich jetzt erfahren habe, verliert das Elektron, wenn es in ein Orbital fällt, Energie und damit auch Masse.
Bei differenzierter Betrachtung sieht das also folgendermaßen aus:

Ein ruhendes Elektron mit seiner Ruhemasse wird von einen Atomkern angezogen.
Nun wird die potenzielle Energie, die im elektrischen Feld gespeichert war, vom Elektron aufgenommen, das heißt es wird immer schneller und nach Einstein also auch immer schwerer.
Kurz bevor das Elektron seine gewonnene Energie in Form eines Photons abgibt, wenn es an den Kern gebunden wird, ist es also geringfügig schwerer.
Wenn man aber am Anfang die Masse des Elektrons messen würde, hätte man die Ruhemasse. Nehmen wir an, dass das Elektron auch wieder im gebundenen Zustand in Ruhe ist, dann dürfte doch keine Massenänderung zu messen sein, da ja die Energie, die vorher in Form von potenzieller Energie da war, sofort wieder abgegeben wird.
Wenn es also noch einen Massendefekt gibt, führt mich das zur Annahme, dass das emittierte Photon dann sowohl die potenzielle Energie des Elektrons hat als auch die Energie, die aus irgendwelchen Gründen bei der Bindung an den Kern noch frei wird, weil das Elektron ein „Stück Masse“ in Energie umwandelt.
Berechnet man also die Bindungsenergie, die frei wird, aus der potenziellen Energie plus den Massendefekt, weil das Elektron im Atom/Molekül noch ein „Stück Materie“ abgeben muss?
Analog kann man das ja auch bei der Bindung der Nukleonen sehen, wo die Kernkraft für die potenzielle Energie verantwortlich ist.
Wo geht denn da die Energie noch mit ein, da man die durch Beschleunigung verursachte Massenzunahme ja kurz vor der Bindung nicht messen kann, sondern von der Ruhemasse ausgeht. Trotzdem gibt es da doch nochmal zusätzlich Energie, die eigentlich aus messtechnischen Gründen nicht über den Massendefekt erfassbar ist.

Kann jemand bitte erläutern, wie diese potenzielle Energie jeweils noch berechnet wird.
Man kann natürlich sagen, dass soundso viel Energie frei wird, also muss das Teilchen, dass sich gebunden hat soundso viel schwerer gewesen sein. Aber dann kann man nicht mit der Ruhemasse der sich bindenden Teilchen rechnen, sondern mit der Masse, die das bindende Elektron/Nukleon kurz vor der Bindung hat.
Stimmt das so?

Vielen Dank
Gruß
Tim

2

Hallo!

Du schreibst oben:

wie ich jetzt erfahren habe, verliert das Elektron, wenn es in
ein Orbital fällt, Energie und damit auch Masse.

Und dann:

Nun wird die potenzielle Energie, die im elektrischen Feld
gespeichert war, vom Elektron aufgenommen.

Also was jetzt, verliert das Elektron Energie und Masse, oder verliert das Feld Energie und Masse?

Wieviel Masse hat eigentlich ein Feld?

Grüße

Andreas

3

Moin,

wie ich jetzt erfahren habe, verliert das Elektron, wenn es in
ein Orbital fällt, Energie und damit auch Masse.

Etwas unglücklich formuliert…

Ein ruhendes Elektron mit seiner Ruhemasse wird von einen
Atomkern angezogen.
Nun wird die potenzielle Energie, die im elektrischen Feld
gespeichert war, vom Elektron aufgenommen, das heißt es wird
immer schneller und nach Einstein also auch immer schwerer.

Atome sind quantenmechanische Systeme. Das Bohrsche Atommodell mit den kreisenden Elektronen ist schon seit 60 Jahren nur eine Krücke… - und nichtmal eine gute.

Kurz bevor das Elektron seine gewonnene Energie in Form eines
Photons abgibt, wenn es an den Kern gebunden wird, ist es also
geringfügig schwerer.

Nein. Weil diese Analogie nicht stimmt.

Wenn man aber am Anfang die Masse des Elektrons messen würde,
hätte man die Ruhemasse. Nehmen wir an, dass das Elektron auch
wieder im gebundenen Zustand in Ruhe ist, dann dürfte doch
keine Massenänderung zu messen sein, da ja die Energie, die
vorher in Form von potenzieller Energie da war, sofort wieder
abgegeben wird.
Wenn es also noch einen Massendefekt gibt, führt mich das zur
Annahme, dass das emittierte Photon dann sowohl die
potenzielle Energie des Elektrons hat als auch die Energie,
die aus irgendwelchen Gründen bei der Bindung an den Kern noch
frei wird, weil das Elektron ein „Stück Masse“ in Energie
umwandelt.

Die Gesamtmasse bspw. eines freien Protons und Elektrons ist immer größer als die Gesamtmasse eines irgendwie angeregten Wasserstoffatoms - da bei letzterem immer schon gegenüber den beiden Einzelteilchen eine gewisse Bindungsenergie freigesetzt worden ist. Die Bindungsenergie ist definiert als Energieäquivalent genau des Unterschied zwischen den freien Einzelteilchen und dem zu betrachtenden, gebundenen Zustand.

Wo geht denn da die Energie noch mit ein, da man die durch
Beschleunigung verursachte Massenzunahme ja kurz vor der
Bindung nicht messen kann, sondern von der Ruhemasse ausgeht.

Vergiß die Beschleunigung. Die gibt es nicht. Das ist ein quantenmechanischer Übergang der nicht in der von Dir postulierten Form kinematisch betrachtet werden kann. Atome sind keine Planetensysteme.

Gruß,
Ingo

4

Hallo,
so wie ich das sehe, muss man hier das Pferd ganz neu aufzäumen, nämlich:

Also sobald ein Elektron oder Proton frei vorkommt, hat es die Fähigkeit so mit der Umgebung wechsel zuwirken, was auf seine Ladung zurückzuführen ist.

Kommen wir jetzt in ein Atom, scheinen, so wie ich das raus lesen kann, andere Spielregeln zu gelten. Es gibt irgendwie keine elektrischen Felder mehr und damit verbundene Beschleunigung des Elektrons.
Es scheint also eine Wechselwirkung zu sein, die nicht mehr auf elektromagnetischer Anziehung beruht, denn sonst müsste man ja auch die Energie berücksichtigen, die frei wird, wenn das Elektron vom Kern angezogen wird. Man liest das aber nicht, also gehe ich davon aus, das dabei keine Energie frei wird, sondern das Elektron wird so an den Kern gebunden, das Energie frei wird, die, durch Messung bestätigt, genau der Differenz zwischen den Massen der einzelnen freien Bestandteile das Atoms und des ganzen Atoms entspricht.
Also kann keine zusätzliche Energie aus einem elektrischen Potenzialfeld gewonnen worden sein.

Muss man das also so sehen, das wenn ein Elektron an einen Kern gebunden wird, dann nicht aufgrund von elektromagnetischer Anziehung, sondern weil der Kern es dem Elektron sozusagen vorgibt, hier nochmal Energie abzugeben und weil ja Energie nicht einfach entsteht, muss es einen Teil seiner Masse abgeben.
Elektromagnetismus existiert also in einem Atom quasi nicht, solange es darum geht, wie die Elektronen am Kern halten.
Da ist etwas anderes für verantwortlich, was auch dazu führt, dass es einen Teil seiner Masse verliert, aber auch, dass es sich an den Kern bindet.

Kann man das so sagen?

Vielen Dank
Gruß
Tim

5

Hallo,

Kommen wir jetzt in ein Atom, scheinen, so wie ich das raus
lesen kann, andere Spielregeln zu gelten. Es gibt irgendwie
keine elektrischen Felder mehr und damit verbundene
Beschleunigung des Elektrons.

nein, sonst bräuchte man eine gegenkraft, damit die elektronen da bleiben. auch würden die elektronen ständig strahlung abgeben, weil sie ja beschleunigt werden.

Es scheint also eine Wechselwirkung zu sein, die nicht mehr
auf elektromagnetischer Anziehung beruht, denn sonst müsste
man ja auch die Energie berücksichtigen, die frei wird, wenn
das Elektron vom Kern angezogen wird.

das elektron wird durch eine wechselwirkungenergie von nur wenigen elektronenvolt gehalten. ich möchte nicht mal behaupten, dass elektronen nie mit dem kern in berührung kommen. ich weiß nicht, ob man das ausschließt oder ob die coulomb-barriere nur für protonen und neutronen gilt. der abstand zum kern wird vom spin und der energie(also strahlung/wärme) bestimmt.
entzieht man alle energie, füllen die elektronen alle untersten schalen mit allen möglichen spins.
aber wie gesagt, ich bezweifele fast, dass man schon weiß, was es eigentlich bildlich/real bedeutet, z.b. „die unterste schale zu besetzen“.
hätten elektronen die gleiche bindungsenergie wie protonen, würden sie am kern kleben. da sie eine weitaus schwächere haben, baumeln sie in orbitalen mit verschiedenen drehimpulsen und durch strahlung angeregte schwingungszustände rum.

Man liest das aber
nicht, also gehe ich davon aus, das dabei keine Energie frei
wird, sondern das Elektron wird so an den Kern gebunden, das
Energie frei wird, die, durch Messung bestätigt, genau der
Differenz zwischen den Massen der einzelnen freien
Bestandteile das Atoms und des ganzen Atoms entspricht.

E=mc^2

Also kann keine zusätzliche Energie aus einem elektrischen
Potenzialfeld gewonnen worden sein.

ja

Muss man das also so sehen, das wenn ein Elektron an einen
Kern gebunden wird, dann nicht aufgrund von
elektromagnetischer Anziehung, sondern weil der Kern es dem
Elektron sozusagen vorgibt, hier nochmal Energie abzugeben und
weil ja Energie nicht einfach entsteht, muss es einen Teil
seiner Masse abgeben.

E=mc^2…trennt man teilchen voneinander, besitzen diese nach der trennung mehr energie und bindungsenergie ist frei geworden. führt man sie zusammen, „verbrauchen“ sie energie, um aneinander festhalten zu können. würde mich wundern, wenn es bei kern und hülle nicht so wäre.

Elektromagnetismus existiert also in einem Atom quasi nicht,
solange es darum geht, wie die Elektronen am Kern halten.
Da ist etwas anderes für verantwortlich, was auch dazu führt,
dass es einen Teil seiner Masse verliert, aber auch, dass es
sich an den Kern bindet.

ja.