Enerģijas līmenis

Atomi

Iekšējās enerģijas līmeņi

Orbitālajā stāvoklī esošais enerģijas līmenis

Pieņemsim, ka elektrons atrodas noteiktā atoma orbitālē. Tā stāvokļa enerģiju galvenokārt nosaka (negatīvā) elektrona elektrostatiskā mijiedarbība ar (pozitīvo) kodolu. Elektrona enerģijas līmeņi ap kodolu ir doti ar :

E n = - h c R ∞ Z n 2{\displaystyle2 E_{n}=-hcR_{\infty }{\frac {Z^{2}}}{n^{2}}}}\ } ,

kur R ∞ {\displaystyle R_{\infty }\ } ir Rīdberga konstante (parasti no 1 eV līdz 10³ eV), Z ir atoma kodola lādiņš, n {\displaystyle n\ } ir galvenais kvantu skaitlis, e ir elektronu lādiņš, h {\displaystyle h} ir Planka konstante un c ir gaismas ātrums.

Rīdberga līmeņi ir atkarīgi tikai no galvenā kvantu skaita n {\displaystyle n\ } .

Smalkās struktūras sadalīšana

Smalkās struktūras rodas no relatīvisma kinētiskās enerģijas korekcijām, spina-orbītas sakabes (elektrodinamiskā mijiedarbība starp elektrona spinu un kustību un kodola elektrisko lauku) un Darvina termina (s-apvalka elektronu kontakta termina mijiedarbība kodola iekšienē). Tipiskais lielums10 - 3{\displaystyle 10^{-3}} eV.

Hiperfināla struktūra

Spin-kodola-spīna sakabe (sk. hipertīro struktūru). Tipiskā lielums10 - 4{\displaystyle 10^{-4}} eV.

Elektrona elektrostatiskā mijiedarbība ar citiem elektroniem

Ja ap atomu ir vairāk nekā viens elektrons, elektronu mijiedarbība paaugstina enerģijas līmeni. Šīs mijiedarbības bieži vien netiek ņemtas vērā, ja elektronu viļņfunkciju telpiskā pārklāšanās ir neliela.

Enerģijas līmeņi ārējo lauku ietekmē

Zēmana efekts

Mijiedarbības enerģija ir: U = - μ B {\displaystyle U=-\mu B} ar μ = q L / m2 {\displaystyle \mu =qL/2m}.

Zīmana efekts, ņemot vērā griezienu

Tajā tiek ņemts vērā gan magnētiskais dipola moments, ko rada orbitālais leņķiskais moments, gan magnētiskais moments, ko rada elektronu spins.

Relatīvistisko efektu dēļ (Diraka vienādojums) magnētiskais moments, ko rada elektronu grieziens, ir μ = - μ B g s {\displaystyle \mu =-\mu _{B}gs} ar g {\displaystyle g} žiro-magnētisko koeficientu (aptuveni 2). μ = μ l + g μ s {\displaystyle \mu =\mu _{l}+g\mu _{s}}. Tādējādi mijiedarbības enerģija iegūst U B = - μ B = μ B B ( m l + g m s ) {\displaystyle U_{B}=-\mu B=\mu _{B}B(m_{l}+gm_{s})} .

Stark efekts

Mijiedarbība ar ārējo elektrisko lauku (skatīt Starka efektu).

Molekulas

Aptuveni runājot, molekulārais enerģētiskais stāvoklis, t. i., molekulārā Hamiltoniāna pašstāvoklis, ir elektroniskās, vibrācijas, rotācijas, kodola un translācijas komponentes summa, kas ir šāda:

E = E e l e k t r o n i k a + E v i b r a c i j a + E r o t a c i j a + E n u k l e a r + E t r a n s l a t i j a {\displaystyle E=E_{\mathrm {electronic} }+E_{{\mathrm {vibrācijas} }+E_{{\mathrm {rotācijas} }+E_{{\mathrm {kodolu} }+E_{{\mathrm {translācijas} }\,}

kur E e l e k t r o n i k a {\displaystyle E_{\mathrm {electronic} }}} ir elektroniskā molekulārā Hamiltoniāna (potenciālās enerģijas virsmas vērtība) mehānikas līdzsvara ģeometrijā.

Molekulārie enerģijas līmeņi ir apzīmēti ar molekulāro terminu simboliem.

Šo komponentu īpatnējā enerģija atšķiras atkarībā no konkrētā enerģētiskā stāvokļa un vielas.

Molekulārajā fizikā un kvantu ķīmijā enerģijas līmenis ir saistītā kvantu mehāniskā stāvokļa kvantizēta enerģija.

Kristāliskie materiāli

Kristāliskos materiālus bieži raksturo vairāki svarīgi enerģijas līmeņi. Svarīgākie no tiem ir valences joslas augšdaļa, vadītspējas joslas apakšdaļa, Fermī enerģija, vakuuma līmenis, kā arī kristālu defektu stāvokļu enerģijas līmeņi.

Saistītās lapas

• Elektronu konfigurācija
• Skaitļošanas ķīmija
• Spektroskopija