Coulomb-Gesetz
nach Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), frz. Physiker
Synonym: Coulombsches Gesetz
Englisch: Coulomb's law
Definition
Das Coulomb-Gesetz beschreibt die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen zwei geladenen Punktladungen.
Physik
Coulomb untersuchte mithilfe einer eigens erfundenen Torsionswaage die Kraft, die zwischen zwei Ladungen wirkt. Aus seinen Experimenten konnte er folgende Erkenntnisse ziehen:[1]
- Zwischen zwei unterschiedlich geladenen Punktladungen wirkt eine anziehende, zwischen zwei gleich geladenen Punktladungen eine abstoßende Kraft.
- Die Kraft wirkt längs der Verbindungslinie zwischen den Punktladungen.
- Sie ändert sich umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes (r) und proportional zum Produkt der Ladungen (q).
Diese Erkenntnisse werden im Coulomb-Gesetz zusammengefasst:
| F = (q1 · q2) / (4πr2 ε0) |
mit:
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Chemie
Orbitale
Das Coulomb-Gesetzes erklärt die energetische Ordnung der Orbitale. Eine Ansammlung von Elektronen im gleichen Raumbereich (Orbital) ist aufgrund der Abstoßungskräfte energetisch ungünstig. Die Orbitale eines Energieniveaus werden daher so besetzt, dass möglichst viele ungepaarte Elektronen vorhanden sind. Man spricht hier von maximaler Multiplizität. Erst wenn alle Orbitale des gleichen Energieniveaus mit jeweils einem Elektron besetzt sind, nehmen sie ein zweites Elektron auf.
Ionische Bindungen
Ionische Bindungen beruhen auf elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen einem Kation und einem Anion. Je kleiner die Abstände zwischen den Ionen, desto größer die Coulomb-Kraft und desto mehr Energie ist nötig, um die Ionenbindung zu brechen.[2]
Für Ionenbindungen lässt sich das Coulomb-Gesetz auch umformulieren zu:
| F = (q+ · q-) / (4πr2 ε0) |
Quellen
- ↑ Tipler, Paul A. und Mosca, Gene: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure, Springer Verlag Heidelberg, 7. Auflage, 2015
- ↑ Die Ionenbindung abgerufen am 04.02.2020
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