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Grundwissen

Energieaufnahme von Atomen durch Stöße

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Atome können auch durch Stöße mit anderen Atomen oder Elektronen angeregt werden.
  • Je nach Energie des Elektrons, das mit einem Atom stößt, kann der Stoß elastisch, vollkommen unelastisch oder teilweise unelastisch sein.
  • Ist der Energieübertrag durch den Stoß größer als die Ionisationsenergie des Atoms, so wird es ionisiert (Stoßionisation).
Aufgaben Aufgaben

Stoßanregung

Atome können auch durch Stöße mit anderen Atomen oder Elektronen Energie aufnehmen und dadurch in einen angeregten Energiezustand gelangen. Derartige Prozesse nennt man Stoßanregung. Das energieaufnehmende Atom bezeichnet man dabei als Target, das energieabgebende Atom oder Elektron als Projektil. Wir gehen der Einfachheit halber davon aus, dass das Target ruht und sich im Grundzustand befindet. Als Projektile betrachten wir Elektronen, die lediglich kinetische Energie besitzen und sich auf das ruhende Target zubewegen.

Verschiedene Wechselwirkungen

Bei der Wechselwirkung zwischen dem Elektron und dem Atom treten nun verschiedene Fälle auf:

  1. Ist die Energie des Elektrons kleiner als die Energiedifferenz zwischen Grundzustand und erstem angeregtem Zustand des Atoms, so ist der Stoß zwischen Elektron und Atom elastisch. Da das Atom wesentlich schwerer als das Elektron ist, gibt das Elektron praktisch keine Energie an das Atom ab und bewegt sich mit fast gleicher Energie wieder vom Target fort.
  2. Ist die Energie des Elektron genau so groß wie die Energiedifferenz zwischen Grundzustand und erstem angeregten Zustand des Atoms, so ist der Stoß zwischen Elektron und Atom vollkommen unelastisch. Das Elektron gibt seine gesamte kinetische Energie an das Atom ab, das sich nach dem Stoß im ersten angeregten Energiezustand befindet.
  3. Ist die Energie des Elektrons größer als die Energiedifferenz zwischen Grundzustand und erstem angeregtem Zustand des Atoms, so ist der Stoß zwischen Elektron und Atom teilweise unelastisch. Das Elektron gibt einen Teil seiner kinetischen Energie an das Atom ab, so dass sich dieses dann im ersten angeregten Energiezustand befindet. Mit der restlichen kinetischen Energie bewegt sich das Elektron vom Atom fort.
  4. Ist der Energieübertrag größer als die Ionisationsenergie des Atoms, so wird dieses ionisiert und man spricht von Stoßionisation.

Beispiel: Franck-Hertz-Versuch

Der FRANCK-HERTZ-Versuch, mit Elektronen als Projektilen und entweder mit Quecksilber- oder mit Neon-Atomen als Targets durchgeführt, ist ein typischer Versuch zum Nachweise der quantenhaften Energieaufnahme von Atomen durch Stöße.