Уровень энергии
-
Квантованные уровни энергии
- Квантованные уровни энергии связаны с дискретными значениями энергии, называемыми энергетическими уровнями.
- В химии и атомной физике электронные оболочки соответствуют основным квантовым числам.
- Каждая оболочка может содержать фиксированное количество электронов.
-
Объяснение квантованных уровней
- Квантованные уровни энергии возникают из волнового поведения частиц.
- Волновые функции с четко определенными энергиями имеют форму стоячей волны.
- Измерение энергии приводит к разрушению волновой функции.
-
История квантованных уровней
- Первым свидетельством квантования стало наблюдение спектральных линий в солнечном свете.
- Понятие энергетических уровней было предложено Нильсом Бором в 1913 году.
- Современная квантово-механическая теория была выдвинута Эрвином Шредингером и Вернером Гейзенбергом в 1926 году.
-
Атомы и энергетические уровни
- Внутренние энергетические уровни определяются электростатическим взаимодействием электрона с ядром.
- Формула Ридберга описывает энергетические уровни для водородоподобных атомов.
- Электрон-электронные взаимодействия повышают энергетический уровень.
-
Принцип Ауфбау и заполнение атома
- Принцип Ауфбау учитывает различные энергетические уровни.
- Сначала заполняются самые низкие энергетические уровни, что соответствует принципу исключения Паули и правилу Хунда.
-
Тонкая и сверхтонкая структура
- Тонкая структура возникает из-за релятивистских поправок и спин-орбитальной связи.
- Сверхтонкая структура обусловлена спин-спиновым взаимодействием.
-
Уровни энергии и внешние поля
- Эффект Зеемана учитывает магнитное дипольное и орбитальное моменты электрона.
- Абсолютный эффект учитывает магнитный импульс из-за спина электрона.
-
Химические связи и энергетические уровни
- Химические связи образуются для стабилизации атомов, снижая их суммарный энергетический уровень.
- Ковалентные связи образуются между атомами, орбитали которых влияют друг на друга, образуя связующие и антисвязывающие орбитали.
- Электроны занимают орбитали с более низкой энергией для стабильности связи.
-
Энергетические состояния молекул
- Энергетическое состояние молекулы включает электронную, колебательную, вращательную, ядерную и поступательную составляющие.
- Молекулярные энергетические уровни обозначаются символами молекулярных терминов.
-
Переходы на энергетических уровнях
- Электроны могут изменять энергетические уровни, испуская или поглощая фотоны.
- Полное удаление электрона из атома называется ионизацией.
- Молекулы могут претерпевать изменения в колебательных и вращательных энергетических уровнях.
-
Возбужденные состояния и спектроскопия
- Возбужденные состояния обозначаются звездочкой.
- Переходы между уровнями могут быть безызлучательными.
- Спектроскопия основана на определении частоты или длины волны фотонов для анализа материалов.
-
Колебательные и вращательные переходы
- Колебательные переходы могут быть объединены с электронными переходами.
- Ровибрационные переходы сочетают электронные, колебательные и вращательные переходы.
-
Влияние температуры
- Высокая температура увеличивает поступательную энергию молекул и возбуждает их до более высоких уровней внутренней энергии.
- Теплопроводность возникает при столкновении молекул, передающих тепло друг другу.
-
Кристаллические материалы
- Кристаллические твердые тела имеют энергетические полосы вместо уровней.
- Электроны могут получать любую энергию в пределах незаполненной зоны.
- Важные энергетические уровни включают верхнюю часть валентной зоны, нижнюю часть зоны проводимости, уровень Ферми и уровень вакуума.