Energijos lygis

Atomai

Vidiniai energijos lygiai

Orbitinės būsenos energijos lygis

Tarkime, kad elektronas yra tam tikroje atomo orbitalėje. Jo būsenos energiją daugiausia lemia elektrostatinė (neigiamo) elektrono sąveika su (teigiamu) branduoliu. Elektrono energijos lygiai aplink branduolį yra duoti :

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

kur R ∞ {\displaystyle R_{\infty }\ } yra Rydbergo konstanta (paprastai nuo 1 eV iki 10³ eV), Z - atomo branduolio krūvis, n {\displaystyle n\ } - pagrindinis kvantinis skaičius, e - elektrono krūvis, h {\displaystyle h} - Planko konstanta, o c - šviesos greitis.

Rydbergo lygmenys priklauso tik nuo pagrindinio kvantinio skaičiaus n {\displaystyle n\ } .

Smulkios struktūros skaidymas

Smulkioji struktūra atsiranda dėl reliatyvistinių kinetinės energijos pataisų, sukinio-orbitinio ryšio (elektrodinaminės sąveikos tarp elektrono sukinio ir judėjimo bei branduolio elektrinio lauko) ir Darvino termino (kontaktinio termino sąveikos tarp s apvalkalo elektronų branduolio viduje). Tipinis dydis10 - 3{\displaystyle 10^{-3}} eV.

Hiperfinė struktūra

Sukinio ir branduolio sukinio ryšys (žr. hiperfinė struktūra). Tipinis dydis10 - 4{\displaystyle 10^{-4}} eV.

Elektrono elektrostatinė sąveika su kitais elektronais

Jei aplink atomą yra daugiau nei vienas elektronas, elektronų sąveika padidina energijos lygį. Į šias sąveikas dažnai neatsižvelgiama, jei elektronų banginių funkcijų erdvinis persidengimas yra mažas.

Energijos lygiai dėl išorinių laukų

Zeemano efektas

Sąveikos energija yra: U = - μ B {\displaystyle U=-\mu B} su μ = q L / m2 {\displaystyle \mu =qL/2m}

Zeemano efektas atsižvelgiant į sukinį

Taip atsižvelgiama į magnetinį dipolinį momentą, atsirandantį dėl orbitos kampinio momento, ir į magnetinį momentą, atsirandantį dėl elektrono sukinio.

Dėl reliatyvistinių efektų (Dirako lygtis) magnetinis momentas, atsirandantis dėl elektrono sukinio, yra μ = - μ B g s {\displaystyle \mu =-\mu _{B}gs}, o g {\displaystyle g} yra giro-magnetinis koeficientas (apie 2). μ = μ l + g μ s {\displaystyle \mu =\mu _{l}+g\mu _{s}}. Todėl sąveikos energija gaunama 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 efektas

Sąveika su išoriniu elektriniu lauku (žr. Starko efektą).

Molekulės

Grubiai tariant, molekulės energinė būsena, t. y. molekulinio Hamiltoniano eigenstate, yra elektroninės, vibracinės, rotacinės, branduolinės ir transliacinės komponenčių suma, pvz:

E = E e l e k t r o n i k a + E v i b r a c i o n a l i s + E r o t a c i o n a l i s + E n u k l e a r i s + E t r a n s l a t i o n a l i s {\displaystyle E=E_{\mathrm {electronic} }+E_{\mathrm {vibracinis} }+E_{\mathrm {rotacijos} }+E_{\mathrm {nuclear} }+E_{\mathrm {transliacinis} }\,}

kur E e l e k t r o n i k a {\displaystyle E_{\mathrm {electronic} }}} yra elektroninio molekulinio Hamiltoniano savoji vertė (potencinės energijos paviršiaus vertė) esant molekulės pusiausvyros geometrijai.

Molekuliniai energijos lygmenys žymimi molekulinių terminų simboliais.

Šių sudedamųjų dalių savitosios energijos skiriasi priklausomai nuo konkrečios energinės būsenos ir medžiagos.

Molekulinėje fizikoje ir kvantinėje chemijoje energijos lygmuo yra kvantuotas kvantinės mechaninės būsenos energijos lygmuo.

Kristalinės medžiagos

Kristalinėms medžiagoms dažnai būdingi keli svarbūs energijos lygmenys. Svarbiausi iš jų yra valentinės juostos viršus, laidumo juostos apačia, Fermio energija, vakuumo lygis ir bet kokių kristalų defektinių būsenų energijos lygiai.

Susiję puslapiai

• Elektronų konfigūracija
• Kompiuterinė chemija
• Spektroskopija