Атомни енергетични нива

Свързаният електрон в атома може да има само определени енергии. Спектрална линия се получава, когато атомът премине между допустими състояния и обмени фотон с енергия, равна на разликата между нивата.

Основна идея и определение

Свързаният атом има дискретни стационарни енергетични състояния. Хоризонталните линии в енергийна диаграма не са траектории. Основното състояние е най-ниското допустимо, а по-високите свързани състояния са възбудени.

Свързаните нива са дискретни

Това е следствие от модела, а не отделно правило за запаметяване. Величините трябва да се запишат явно и да се проверят единиците и физичният граничен случай.

Водород: Eₙ = −13,6 eV/n²

Смисълът е най-ясен, когато символното отношение се свърже с електронната или ядрената структура, която действително се променя. Тенденция без механизъм лесно се прилага погрешно.

Eγ=|ΔE|=hνλ=hc/|ΔE|Mendeleev · Атомни енергетични нива
Модел и ключова връзка

Механизъм и количествен модел

При преход надолу атомът може да излъчи фотон Eγ=|ΔE|=hν=hc/λ. При поглъщане фотонът трябва да съответства на допустима енергийна разлика, затова спектралните линии са характерни за атома.

Основно и възбудени състояния

Връзката е добра проверка за съгласуваност: резултатът трябва да спазва законите за запазване, допустимите квантови състояния и правилния порядък.

Водородоподобните йони се мащабират с Z²

Среден модел може да описва тенденция, без да е пряко измерване на една локална величина. Това е важно при многоелектронни системи.

Eₙ=−13,6 Z²/n² eVE=0: ionisasjonsgrenseMendeleev · Атомни енергетични нива
Модел и ключова връзка

Какво показват измерванията и изчисленията

За водород Eₙ=−13,6 eV/n² в едноелектронния модел; за водородоподобен йон мащабът е приблизително Z². Нулата се избира при границата на йонизация и отрицателната енергия означава свързано състояние.

ΔE = hν = hc/λ

Освен идеалния модел трябва да се знае какво променя експеримента: възбудени състояния, среда, ефективност на детектора или многочастични ефекти.

Ограничения и връзки

В многоелектронни атоми електронното отблъскване, екранирането и спин–орбиталното взаимодействие разделят и изместват нивата. Само n не е достатъчно за определяне на енергията.

Емисията и поглъщането са обратни преходи

Смисълът е най-ясен, когато символното отношение се свърже с електронната или ядрената структура, която действително се променя. Тенденция без механизъм лесно се прилага погрешно.

Решени примери

Задача 1

ΔE=1,89 eV. Изчисли λ с hc≈1240 eV·nm.

Решение

λ=1240/1,89≈656 nm.

Задача 2

За H: E₂=−3,40 eV и E₄=−0,85 eV. Изчисли |ΔE| за 4→2.

Решение

|ΔE|=2,55 eV; фотонът на емисия има тази енергия.

Задача 3

Изчисли E₁ за водородоподобен He⁺ при Z=2.

Решение

E₁=−13,6·Z²=−54,4 eV.

Свързаният атом има дискретни стационарни енергетични състояния. Хоризонталните линии в енергийна диаграма не са траектории. Основното състояние е най-ниското допустимо, а по-високите свързани състояния са възбудени. При преход надолу атомът може да излъчи фотон Eγ=|ΔE|=hν=hc/λ. При поглъщане фотонът трябва да съответства на допустима енергийна разлика, затова спектралните линии са характерни за атома. За водород Eₙ=−13,6 eV/n² в едноелектронния модел; за водородоподобен йон мащабът е приблизително Z². Нулата се избира при границата на йонизация и отрицателната енергия означава свързано състояние. В многоелектронни атоми електронното отблъскване, екранирането и спин–орбиталното взаимодействие разделят и изместват нивата. Само n не е достатъчно за определяне на енергията.