Енергетично ниво

Атоми

Вътрешни енергийни нива

Енергийно ниво на орбиталното състояние

Да приемем, че в дадена атомна орбитала има електрон. Енергията на неговото състояние се определя главно от електростатичното взаимодействие на (отрицателния) електрон с (положителното) ядро. Енергийните нива на електрона около ядрото са дадени от :

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

където R ∞ {\displaystyle R_{\infty }\ } е константата на Ридберг (обикновено между 1 eV и 10 ³eV), Z е зарядът на ядрото на атома, n {\displaystyle n\ } е главното квантово число, e е зарядът на електрона, h {\displaystyle h} е константата на Планк, а c е скоростта на светлината.

Нивата на Ридберг зависят само от главното квантово число n {\displaystyle n\ } .

Разделяне на фината структура

Фината структура се дължи на релативистични корекции на кинетичната енергия, спин-орбитална връзка (електродинамично взаимодействие между спина и движението на електрона и електрическото поле на ядрото) и член на Дарвин (контактно взаимодействие на електроните от s-обвивката в ядрото). Типична големина10 - 3{\displaystyle 10^{-3}} eV.

Хиперфинна структура

Свързване спин-ядро-спин (вж. хиперфинна структура). Типична големина10 - 4{\displaystyle 10^{-4}} eV.

Електростатично взаимодействие на електрона с други електрони

Ако около атома има повече от един електрон, електронно-електронните взаимодействия повишават енергийното ниво. Тези взаимодействия често се пренебрегват, ако пространственото припокриване на електронните вълнови функции е малко.

Енергийни нива, дължащи се на външни полета

Зееманов ефект

Енергията на взаимодействие е: U = - μ B {\displaystyle U=-\mu B} с μ = q L / m 2{\displaystyle \mu =qL/2m}

Зееманов ефект с отчитане на спина

При това се отчитат както магнитният диполен момент, дължащ се на орбиталния ъглов момент, така и магнитният момент, произтичащ от спина на електрона.

Поради релативистичните ефекти (уравнението на Дирак) магнитният момент, произтичащ от спина на електрона, е μ = - μ B g s {\displaystyle \mu =-\mu _{B}gs}, като g {\displaystyle g} е жиро-магнитният фактор (около 2). μ = μ l + g μ s {\displaystyle \mu =\mu _{l}+g\mu _{s}}. Следователно енергията на взаимодействие получава U B = - μ B = μ B B ( m l + g m s ) {\displaystyle U_{B}=-\mu B=\mu _{B}B(m_{l}+gm_{s})} .

Ефектът на звездите

Взаимодействие с външно електрическо поле (вж. Ефект на Старк).

Молекули

Грубо казано, молекулното енергийно състояние, т.е. собствено състояние на молекулния хамилтониан, е сума от електронна, вибрационна, ротационна, ядрена и транслационна компонента, така че:

E = Е л е к т р о н и ч е с к и + Е в и б р а ц и о н н и + Е р о т а ц и о н н и + Е н у к л а р + Е т р а н с л а т и о н н и {\displaystyle E=E_{\mathrm {electronic} }+E_{\mathrm {vibrational} }+E_{\mathrm {rotational} }+Е_{\mathrm {ядрен} }+E_{\mathrm {translational} }\,}

където E e l e c t r o n i c {\displaystyle E_{\mathrm {electronic} }} е собствена стойност на електронния молекулен хамилтониан (стойността на повърхността на потенциалната енергия) при равновесната геометрия на молекулата.

Молекулните енергийни нива се обозначават със символите на молекулните термини.

Специфичните енергии на тези компоненти варират в зависимост от специфичното енергийно състояние и веществото.

В молекулярната физика и квантовата химия енергийното ниво е квантувана енергия на свързано квантово механично състояние.

Кристални материали

Кристалните материали често се характеризират с няколко важни енергийни нива. Най-важните от тях са горната част на валентната лента, долната част на проводящата лента, енергията на Ферми, нивото на вакуума и енергийните нива на всички дефектни състояния в кристалите.

Свързани страници

• Електронна конфигурация
• Изчислителна химия
• Спектроскопия