Polarisation eines Isolators quantenmechanisch

Wissenschaft Physik
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Hallo,
in einem Isolator sitzen die Elektronen doch in Orbitalen fest und sind, da sie in keinem Leiter sind, relativ fest an ihren Ort gebunden.

Nun ist es aber möglich, Isolatoren zu polarisieren. Das heißt die Ladungen, positive Atomkerne und negative Elektronen, voneinander ein Stück zu trennen.

Was passiert da mit den Elektronen im Fall, dass das elektrische Feld ein statisches ist?
Kann man das quantenmechanisch so erklären, dass das Elektron sich dann wahrscheinlicher auf der Seite des Atoms aufhält, auf die es von dem Feld gezogen wird?
Siehe das q-Orbital, dass hantelförmig dem Elektron links und rechts Platz geben würde, weil eben im Grundzustand sich das Elektron links und rechts vom Atom gleich wahrscheinlich aufhält. Durch das elektrische Feld wird dann die eine „Hantel“ sehr klein wird, weil die Größe ja die Aufenthaltswahrscheinlichkeit wiederspiegelt und die andere, wo das Elektron durch das Feld hingezogen wird, eben etwas größer.

Und was wäre im dynamischen Fall, wo eine elektromagnetische Welle einfallen würde. Wenn es keine passende Energiedifferenz zwischen zwei Zuständen im Atom für das Elektron gibt, das zu dem einfallenden Photon passen würde, so könnte das mit übertragene elektrische Feld durch kurzzeitig dafür sorgen, dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeit sich so verlagern würde, wie im oben beschriebenen statischen Fall.
Aber wie ist das jetzt damit vereinbar, dass die Wechselwirkung eigentlich nur gequantelt vor sich geht.
Der Widerspruch ist ja, dass in dieser Ladungsverschiebung Energie steckt, die aber aus der einfallenden Welle nicht kommen kann, weil dafür müsste schließlich eine passende Energiestufe vorhanden sein.
Oder ist es so, dass diese Energie, die für die Ladungstrennung gebraucht würde, irgendwie in der Energiedifferenz zwischen zwei Zuständen quantenmechanisch verarbeitet würde, aber sich halt dann ein Elektron doch in seiner Aufenthaltswahrscheinlichkeit auf eine Seite verlagert, weil das elektrische Feld immerhin vorhanden ist.
Wäre es dann plötzlich weg, dann würde das Atom noch angeregt bleiben und wenn es ein q-Orbital wäre, dann würde beide Seiten der Hantel wieder gleich groß werden, bis sich das Atom abregt und in den Grundzustand fällt.

Sind diese Aussagen rein quantenmechanisch vertretbar bzw. wie löst man den beschriebenen Widerspruch auf?
Vielen Dank
Tim

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Hallo,

Hallo Tim,

kann es sein, dass du ein Problem hast, Themen abzuschließen, bevor du ein neues beginnst?

Erinnere mich dumpf an „Warum lässt Kunststoff kein Wasser durch?“, wo meine letzte Entgegnung unbeantwortet blieb.

Und recht lebhaft an „Elektromagnetische Wellen und Elektronenschwingung“ von vor 3 Tagen - letzte Antwort von mir vor knapp 1/2 Tag.

in einem Isolator sitzen die Elektronen doch in Orbitalen fest
und sind, da sie in keinem Leiter sind, relativ fest an ihren
Ort gebunden.

Nun ist es aber möglich, Isolatoren zu polarisieren. Das heißt
die Ladungen, positive Atomkerne und negative Elektronen,
voneinander ein Stück zu trennen.

Was passiert da mit den Elektronen im Fall, dass das
elektrische Feld ein statisches ist?
Kann man das quantenmechanisch so erklären, dass das Elektron
sich dann wahrscheinlicher auf der Seite des Atoms aufhält,
auf die es von dem Feld gezogen wird?

Das war genau das Thema unserer letzten Beiträge (und das statische Feld kam m.W. von mir) - ich hab da auch nur ein gesundes Dreiviertel-Wissen, aber es gab in den Jahren meiner WWW-Aktivitäten auch niemanden, der mich eines wirklichen Fehlers bezichtigt hätte.

Siehe das q-Orbital, dass hantelförmig dem Elektron links und
rechts Platz geben würde, weil eben im Grundzustand sich das
Elektron links und rechts vom Atom gleich wahrscheinlich
aufhält. Durch das elektrische Feld wird dann die eine
„Hantel“ sehr klein wird, weil die Größe ja die
Aufenthaltswahrscheinlichkeit wiederspiegelt und die andere,
wo das Elektron durch das Feld hingezogen wird, eben etwas
größer.

Abgesehen davon, dass du wohl ein p-Orbital meinst, ist es doch genau dass, was WIR gemutmaßt haben: Die Schwerpunkte der positiven und negativen Ladung weichen ab. Ob dies nun eirige s-Orbitale oder asymetische p-Orbitale sind (von d- und f- ganz zu schweigen) - dazu kann ich nichts genaues sagen, genau wie du oder sonst jemand in diesem Forum.

Hier sind relativ gut gebildete Universalisten aktiv - wenn du eine sehr fundierte Frage hast, kannst du auch bei Wikipedia nachfragen, da bekommst du mit höherer Wahrscheinlichkeit eine fundierte Antwort - allerdings scheint mir deine Frage bislang nicht sehr fundiert, weil du eine neue stellst, bevor du die alte verstanden hast.

Und was wäre im dynamischen Fall, wo eine elektromagnetische
Welle einfallen würde. Wenn es keine passende Energiedifferenz
zwischen zwei Zuständen im Atom für das Elektron gibt, das zu
dem einfallenden Photon passen würde, so könnte das mit
übertragene elektrische Feld durch kurzzeitig dafür sorgen,
dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeit sich so verlagern
würde, wie im oben beschriebenen statischen Fall.
Aber wie ist das jetzt damit vereinbar, dass die
Wechselwirkung eigentlich nur gequantelt vor sich geht.
Der Widerspruch ist ja, dass in dieser Ladungsverschiebung
Energie steckt, die aber aus der einfallenden Welle nicht
kommen kann, weil dafür müsste schließlich eine passende
Energiestufe vorhanden sein.
Oder ist es so, dass diese Energie, die für die
Ladungstrennung gebraucht würde, irgendwie in der
Energiedifferenz zwischen zwei Zuständen quantenmechanisch
verarbeitet würde, aber sich halt dann ein Elektron doch in
seiner Aufenthaltswahrscheinlichkeit auf eine Seite verlagert,
weil das elektrische Feld immerhin vorhanden ist.
Wäre es dann plötzlich weg, dann würde das Atom noch angeregt
bleiben und wenn es ein q-Orbital wäre, dann würde beide
Seiten der Hantel wieder gleich groß werden, bis sich das Atom
abregt und in den Grundzustand fällt.

Sind diese Aussagen rein quantenmechanisch vertretbar bzw. wie
löst man den beschriebenen Widerspruch auf?

Hab diesen Absatz nicht sorgfältig durchgearbeitet, aber wie angedeutet, das ist die alte Frage in neuer Überschrft. Und das ist auch nicht fair gegenüber Leuten, die nicht im 12-Stunden-Rhythmus reagieren.

Zoelomat

3

Hallo,
weil diese Frage die einzige, die noch etwas schammig war:

"Aber wie erklärt man sich denn die Polarisation eines
Isolators bzw. Dielektrikums?
Das sind ganz andere Frequenzen - oder sogar statische Elektrizität.

Wie man die quantisch beschreibt, entzieht sich meiner Kenntnis. Und ob das überhaupt sinnvoll ist, möchte ich bezweifeln.

Sind also Orbitale auch im Raum orientiert zu sehen, dass dann
die Elektronen eines Kerns im Festkörper eher ein Orbital
entsprechend dem im Moment mit der elektromagnetischen Welle
übertragenem elektrischen Feld besetzen und dadurch die
Polarisation quantenmechanisch erklärbar ist?
Das elektrische Feld der elektromagnetischen Welle sorgt
dafür, dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten der meisten
Elektronen dann alle links oder rechts eines Atoms sind.
Stimmt das?
Es kommen auch andere Aspekte hinzu, im Wasser z.B. drehen sich die Dipole dem Feld entsprechend aus.

Aber im Prinzip dürfte gelten:
Elektrische und magentische Felder beeinflussen alles geladene, Kern und Hülle in entgegengesetzte Richtung. Daher dürfte auch jedes einzelne Atom etwas „eirig“ werden.

Aber frag mich nicht nach Details."

Also wollte ich diese Frage nochmal extrahieren, damit sie nochmal gezielt beantwortet werden kann.
Ich hätte jetzt auch nicht gerechnet, dass du jetzt hier nochmal antwortest, weil du ja weiter unten schon alles gegeben hast, was du dazu weißt.
Aber lass jetzt nicht Diskussionen dazu verfallen, sondern der Frage zukommen, weil dass die Form sich verändert ist ok, aber wir haben oben gesagt, dass es immer eine passende Energiestufendifferenz geben muss und das würde dann heißen, dass nicht jede elektromagnetische Welle einen Isolator polarisieren kann bzw. ob, wenn die Atome dann eine passende Stufe haben, die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten bzw. die Orbitalformen sich ändern?

4

Kern der eigentlichen Frage

Abgesehen davon, dass du wohl ein p-Orbital meinst, ist es
doch genau dass, was WIR gemutmaßt haben: Die Schwerpunkte der
positiven und negativen Ladung weichen ab. Ob dies nun eirige
s-Orbitale oder asymetische p-Orbitale sind (von d- und f-
ganz zu schweigen)

Und das ist der springende Punkt.
Ich möchte ja nur wissen, ob die Quantenmechanik das verbietet, dass sich die Formen der Orbitale durch elektrische Felder verändern können, sodass ein kugelförmiges s-Orbital eben etwas eirig wird, wie du gesagt hast.
Oder ist diese Ladungsschwerpunktverschiebung zu klassisch als dass sie quantenmechanisch durchgehen würde?