Nivel de energie

Atomi

Niveluri energetice intrinseci

Nivelul energetic al stării orbitale

Să presupunem că un electron se află pe un anumit orbital atomic. Energia stării sale este determinată în principal de interacțiunea electrostatică a electronului (negativ) cu nucleul (pozitiv). Nivelurile de energie ale unui electron în jurul unui nucleu sunt date de :

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

unde R ∞ {\displaystyle R_{\infty }\ } este constanta Rydberg (de obicei între 1 eV și 10³ eV), Z este sarcina nucleului atomului, n {\displaystyle n\ } este numărul cuantic principal, e este sarcina electronului, h {\displaystyle h} este constanta lui Planck, iar c este viteza luminii.

Nivelurile Rydberg depind doar de numărul cuantic principal n {\displaystyle n\ } .

Divizarea structurii fine

Structura fină rezultă din corecțiile energiei cinetice relativiste, din cuplajul spin-orbită (o interacțiune electrodinamică între spinul și mișcarea electronului și câmpul electric al nucleului) și din termenul Darwin (interacțiunea termenului de contact al electronilor cu învelișul s în interiorul nucleului). Magnitudine10 tipică - 3{\displaystyle 10^{-3}} eV.

Structura hiperfină

Cuplaj spin-nuclear-spin (a se vedea structura hiperfină). Magnitudine10 tipică - 4{\displaystyle 10^{-4}} eV.

Interacțiunea electrostatică a unui electron cu alți electroni

În cazul în care există mai mulți electroni în jurul atomului, interacțiunile electron-electron ridică nivelul de energie. Aceste interacțiuni sunt adesea neglijate dacă suprapunerea spațială a funcțiilor de undă ale electronilor este redusă.

Niveluri de energie datorate câmpurilor externe

Efectul Zeeman

Energia de interacțiune este: U = - μ B {\displaystyle U=-\mu B} cu μ = q L / m2 {\displaystyle \mu =qL/2m}.

Efectul Zeeman care ia în considerare spinul

Aceasta ia în considerare atât momentul de dipol magnetic datorat momentului unghiular orbital, cât și momentul magnetic care rezultă din spinul electronului.

Datorită efectelor relativiste (ecuația Dirac), momentul magnetic care rezultă din spinul electronului este μ = - μ B g s {\displaystyle \mu =-\mu _{B}gs} cu g {\displaystyle g} factorul giratoriu-magnetic (aproximativ 2). μ = μ l + g μ s {\displaystyle \mu =\mu _{l}+g\mu _{s}}}. Prin urmare, energia de interacțiune devine U B = - μ B = μ B B B ( m l + g m s ) {\displaystyle U_{B}=-\mu B=\mu _{B}B(m_{l}+gm_{s})} .

Efectul Stark

Interacțiunea cu un câmp electric extern (a se vedea efectul Stark).

Molecule

În linii mari, o stare de energie moleculară, adică o stare proprie a hamiltonianului molecular, este suma unei componente electronice, vibraționale, rotaționale, nucleare și translaționale, astfel încât:

E = E e l e c t r o n i c ă + E v i b r a t i o n a l ă + E r o t a t i o n a l ă + E n u c l e a r + E t r a n s l a t i o n a l ă {\displaystyle E=E_{\mathrm {electronic} }+E_{\mathrm {vibrațional} }+E_{\mathrm {rotațional} }+E_{\mathrm {nuclear} }+E_{\mathrm {translațional} }\,}

unde E e e l e c t r o n i c {\displaystyle E_{\mathrm {electronic} }} este o valoare proprie a Hamiltonianului molecular electronic (valoarea suprafeței energiei potențiale) la geometria de echilibru a moleculei.

Nivelurile de energie moleculară sunt etichetate prin simbolurile termenilor moleculari.

Energiile specifice ale acestor componente variază în funcție de starea energetică specifică și de substanță.

În fizica moleculară și în chimia cuantică, un nivel energetic este o energie cuantificată a unei stări mecanice cuantice legate.

Materiale cristaline

Materialele cristaline sunt adesea caracterizate de un număr important de niveluri energetice. Cele mai importante sunt partea superioară a benzii de valență, partea inferioară a benzii de conducție, energia Fermi, nivelul de vid și nivelurile energetice ale oricăror stări de defect din cristale.

Pagini conexe

• Configurația electronilor
• Chimie computațională
• Spectroscopie