Ατομικά ενεργειακά επίπεδα
Σε ένα δεσμευμένο άτομο οι ηλεκτρονικές ενέργειες δεν είναι αυθαίρετες αλλά κβαντισμένη. Μία μετάβαση μεταξύ επιτρεπτών πολιτείες απορροφά ή εκπέμπει φωτόνιο με ΔE=hν=hc/λ. Αυτή η διακριτή ενεργειακή δομή είναι η βάση των φάσματα ατομικής γραμμής.
Επίπεδα υδρογόνου
Για υδρογόνο στο μη σχετικιστικός Bohr/Μοντέλο Coulomb, E_n=−13,6 eV/n². Το μηδενική ενέργεια αντιστοιχεί σε ηλεκτρόνιο και πρωτόνιο σε άπειρη χωρισμός.
Το αρνητικό E δηλώνει δεσμευμένη κατάσταση. Όσο n αυξάνει, τα επίπεδα πλησιάζουν το όριο ιοντισμού E=0.
Μεταβάσεις και φωτόνια
Για καθοδική μετάβαση, εκπεμπόμενη ενέργεια φωτονίων Eγ=E_i−E_f>0. Για απορρόφηση, το φωτόνιο πρέπει να παρέχει τη σωστή διαφορά ενέργειας.
Αυτή η κατάσταση δημιουργεί διακριτές φασματικές γραμμές αντί για συνεχόμενα αυθαίρετα χρώματα.
Αποτέλεσμα
Αποτέλεσμα: eV
Σειρά υδρογόνου
Μεταβάσεις προς n=1 δίνουν Σειρά Lyman στο υπεριώδες, προς n=2 Σειρά Balmer κυρίως ορατή/σχεδόν UV και προς n=3 Paschen στο υπέρυθρες.
Η Σχέση Rydberg 1/λ=R_H(1/n_f²−1/n_i²) κωδικοποιεί τα ίδια ενεργειακές διαφορές.
Ιοντισμός
Ιοντισμός από επίπεδο n απαιτεί ενέργειας |E_n| στο ιδανικό μοντέλο υδρογόνου. Από βασική κατάσταση είναι 13,6 eV.
Φωτόνιο με μεγαλύτερη ενέργειας μπορεί να ιονίζω και η περίσσεια ενέργειας να εμφανιστεί ως κινητική ενέργεια ηλεκτρονίων.
Άτομα πολλών ηλεκτρονίων
Σε άτομα πολλών ηλεκτρονίων οι ενέργειες δεν εξαρτώνται μόνο από n. Απώθηση ηλεκτρονίου-ηλεκτρονίου, θωράκιση, διείσδυση και διαχωρίζονται οι αλληλεπιδράσεις σπιν-τροχιάς τα πολιτείες.
Γι’ αυτό τα υποκελύφη 2s και 2p δεν είναι εκφυλισμένος όπως στο ιδανικό άτομο υδρογόνου.
Κανόνες επιλογής
Δεν είναι κάθε ζεύγος επίπεδα εξίσου συνδεδεμένο με μετάβαση ηλεκτρικού-διπόλου. Τυπικός κανόνας Δℓ=±1 και άλλα γωνιακή-ορμή/περιορισμοί ισοτιμίας καθορίζουν εντάσεις.
Απαγορευμένο δεν σημαίνει πάντα απολύτως αδύνατο· μεταβάσεις υψηλότερης τάξης μπορούν να έχουν πολύ μικρότερα ποσοστά.
Φασματοσκοπικά στοιχεία
Θέσεις γραμμής μετρούν ενεργειακές διαφορές, ενώ εντάσεις γραμμής και διασπάσεις δίνουν πληροφορίες για πληθυσμούς του κράτους, κβαντικούς αριθμούς, μαγνητικά πεδία και αλληλεπιδράσεις.
Διαγράμματα στάθμης ατομικής ενέργειας είναι μοντέλα που οργανώνουν μετρήσιμα φάσματα, όχι κυριολεκτικές σκάλες στον χώρο.
Λυμένο παράδειγμα
Υδρογόνο n=2
E₂=−13,6/4.
Λύση
−3,40 eV.
Υδρογόνο n=3
E₃=−13,6/9.
Λύση
≈−1,51 eV.
2→1
ΔE=10,2 eV.
Λύση
Φωτόνιο λ≈121,6 nm.