Poziom energetyczny

Poziomy energii wewnętrznej

Poziom energetyczny stanu orbitalnego

Przyjmijmy, że elektron znajduje się na danym orbitalu atomowym. Energia jego stanu jest głównie określona przez elektrostatyczne oddziaływanie (ujemnego) elektronu z (dodatnim) jądrem. Poziomy energetyczne elektronu wokół jądra są dane przez :

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

gdzie R ∞ {displaystyle R_{infty }} jest stałą Rydberga (zwykle pomiędzy 1 eV a ¹⁰³ eV), Z jest ładunkiem jądra atomu, n {displaystyle n} jest główną liczbą kwantową, e jest ładunkiem elektronu, h {displaystyle h} jest stałą Plancka, a c jest prędkością światła.

Poziomy Rydberga zależą tylko od głównej liczby kwantowej n {{displaystyle n}}. .

Podział na drobne struktury

Drobna struktura wynika z relatywistycznych poprawek energii kinetycznej, sprzężenia spinowo-orbitalnego (elektrodynamiczne oddziaływanie pomiędzy spinem i ruchem elektronu a polem elektrycznym jądra) oraz terminu Darwina (kontaktowe oddziaływanie elektronów s-powłokowych wewnątrz jądra). Typowa wielkość 10 - 3 {{displaystyle 10^{-3}} eV.

Struktura hiperfinowa

Sprzężenie spin-jądro-spin (patrz struktura nadsubtelna). Typowa wielkość 10 - 4 {{displaystyle 10^{-4}} eV.

Elektrostatyczne oddziaływanie elektronu z innymi elektronami

Je¶li wokół atomu znajduje się więcej niż jeden elektron, oddziaływania elektron-elektron podnosz± poziom energetyczny. Oddziaływania te s± często zaniedbywane, je¶li przestrzenne nakładanie się funkcji falowych elektronów jest małe.

Poziomy energetyczne wywołane przez pola zewnętrzne

Efekt Zeemana

Energia oddziaływania wynosi: U = - μ B {przy μ = μ B} z μ = q L / 2 m {przy μ =qL/2m}.

Efekt Zeemana z uwzględnieniem spinu

Uwzględnia to zarówno magnetyczny moment dipolowy wynikający z orbitalnego momentu pędu, jak i moment magnetyczny wynikający ze spinu elektronu.

Ze względu na efekty relatywistyczne (równanie Diraca), moment magnetyczny wynikający ze spinu elektronu wynosi μ = - μ B g s {displaystyle \u =- \u _{B}gs}, gdzie g {displaystyle g} jest współczynnikiem żyromagnetycznym (około 2). μ = μ l + g μ s {displaystyle \u = m l + g m s}. Energia oddziaływania dostaje więc U B = - μ B = μ B B ( m l + g m s ) {displaystyle U_{B}=- μ B= μ B(m_{l}+gm_{s})} } .

Efekt Starka

Oddziaływanie z zewnętrznym polem elektrycznym (patrz efekt Starka).

W przybliżeniu, molekularny stan energetyczny, tj. stan własny hamiltonianu molekularnego, jest sumą składowej elektronowej, wibracyjnej, rotacyjnej, jądrowej i translacyjnej, takiej, że:

E = E e l e k t r o n i c z n y + E w i b r a c y j n y + E r o t a c y j n y + E n u k l e a r + E t r a n s l a c y j n y {displaystyle E=E_{mathrm {elektroniczny} }+E_{mathrm {wibracyjny} }+E_{mathrm {rotacyjny} }+E_{mathrm {jądrowy} }+E_{mathrm {translacyjny} }\,}

gdzie E e l e k t r o n i c z n a {{elektroniczna} }} jest wartością własną elektronowego hamiltonianu molekularnego (wartością powierzchni energii potencjalnej) w geometrii równowagowej cząsteczki.

Molekularne poziomy energetyczne są oznaczane symbolami terminów molekularnych.

Energie właściwe tych składników różnią się w zależności od stanu energetycznego i substancji.

W fizyce molekularnej i chemii kwantowej, poziom energetyczny jest skwantowaną energią związanego stanu mechaniki kwantowej.

Materiały krystaliczne często charakteryzują się kilkoma ważnymi poziomami energetycznymi. Najważniejsze z nich to wierzchołek pasma walencyjnego, spód pasma przewodnictwa, energia Fermiego, poziom próżni oraz poziomy energetyczne stanów defektowych w krysztale.

• Konfiguracja elektronów
• Chemia obliczeniowa
• Spektroskopia