Waardoor cirkelen elektronen rond de kern (en wat gebeurt er als dat stopt) en waardoor 'storten' ze niet neer op de kern?

Elektronen draaien in banen met een vast energieniveau om een atoomkern. Deze banen liggen vast en kunnen niet veranderen. Op het laagste energieniveau bevindt het electron zich het dichtst bij de kern. Wordt het energieniveauverhoogd omdat het een foton opneemt dan springt het een baan hoger. Als het foton afstaat valt het weer een baan lager. Een elektron kan niet stoppen en ook niet op de kern vallen. Op dit moment eigenlijk geen idee waarom niet maar het gebeurt niet want anders zat ik deze tekst niet te typen.

Het idee dat een elektron een "klein hard bolletje" is dat rondje draait rond de atoomkern, noemen we een klassiek idee. Het woord "klassiek" slaat hier op de klassieke natuurkunde, waarin deeltjes deeltjes zijn die een positie en een snelheid hebben.

In werkelijkheid geldt dit intuïtieve klassieke beeld niet wanneer we op atomaire schaal kijken.

Om een voorbeeld te noemen: een elektron heeft geen positie - het enige dat bestaat, is de *kans* dat je het elektron op een bepaalde plaats aantreft. Wij zeggen dan dat de plek waar je de hoogste kans hebt om het elektron aan te treffen, "de positie" van het elektron is - maar dat is dus niet waar.

Op atomaire schaal zijn massa en energie hetzelfde. Ook deeltjes en golven zijn hetzelfde. Een elektron is dus geen "klein hard bolletje", maar een golf met een hoeveelheid energie.

Als je de energie kent, kun je de golflengte van de golf uitrekenen. Die golf bevindt zich rond de atoomkern.

Als we even een zijstapje maken, en twee golven nemen, dan kunnen die twee golven elkaar versterken (als ze in fase zijn), of elkaar precies opheffen (als ze in tegenfase zijn).

Dit wetende, kan een golf die een rondje draait, *zichzelf* uitdoven. Dit gebeurt als één rondje overeenkomt met een halve, of anderhalve, of tweeënhalve, of drieënhalve, enzovoort, golflengte.

Een elektron kan dus alleen rondjes draaien waarvan de lengte overeenkomt met precies één, twee, drie, vier enzovoort keer zijn eigen golflengte. Doet het elektron dat niet, dan dooft het zichzelf uit, en dat kan niet vanwege de wet van behoud van energie (of massa).

Om terug te keren naar het klassieke beeld: de binnenste (kleinste) baan die mogelijk is, is de baan waarvan de lengte (omtrek) precies overeenkomt met één keer de golflengte van het elektron.

De eerstvolgende baan is de baan waarvan de lengte (omtrek) precies overeenkomt met twee keer de golflengte van het elektron.

Enzovoort voor de hogere (verder van de atoomkern verwijderde) banen.

Dit idee, maar dan nog een graadje moeilijker (het is tenslotte quantummechanica ;-)  bepaalt welke banen mogelijk zijn voor een elektron.
 

Elektronen hebben telkens 4 quantumgetallen. n beschrijft op welke schil ze zitten, l in welk orbitaal, m wat hun oriëntatie is en s wat hun spin is.

Geen twee elektronen van één atoom kunnen vier dezelfde quantumgetallen hebben. Ze kunnen gewoon geen andere energietoestand aannemen. Dus als een elektron bijvoorbeeld wordt geëxciteerd dan 'vliegt' dat elektron niet naar boven zoals je je dat zou kunnen voorstellen, maar het verdwijnt op de ene schil en verschijnt spontaan op datzelfde moment op de andere schil. Daartussen is namelijk geen schil. Ze kunnen dus ook niet in de kern neerstorten.

Wat wel kan is dat de kern een elektron absorbeert, dat noemen we dan niet neerstorten maar 'electron capture'. Het komt voor wanneer een kern bijvoorbeeld niet stabiel is en het teveel protonen heeft t.o.v. een aantal neutronen. Zo'n atoomkern is in dat geval radioactief. Het zal zichzelf naar een stabielere toestand brengen door op een bepaald moment te vervallen, op dat moment kan het zijn dat een proton in een neutron veranderd en daarbij een positron uitzend (dat is eigenlijk gewoon een elektron maar met een positieve lading), eventueel gevolgd door een gammastraal. Soms komt het echter voor dat een atoom niet voldoende energie heeft om een positron uit te zenden (een positron kost namelijk 511 keV aan energie). In dat geval 'lost de kern dit op' door een elektron te vangen. Dit elektron zorgt er dan voor dat het proton alsnog in een neutron kan veranderen.