परमाणु ऊर्जा स्तर

बंधे हुए इलेक्ट्रॉन परमाणु में मनमानी ऊर्जा नहीं ले सकते; वे परिमाणित स्थिर अवस्थाएँ में होते हैं। फोटॉन का अवशोषण या उत्सर्जन उन राज्य के ऊर्जा अंतर से जुड़ा है। हाइड्रोजन में सरल कूलम्ब मॉडल स्पष्ट है, जबकि बहु-इलेक्ट्रॉन परमाणु में परिरक्षण, इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन संपर्क और स्पिन-कक्षा प्रभाव स्तरों को जटिल बनाते हैं।

हाइड्रोजन ऊर्जा स्तर

असापेक्ष हाइड्रोजन जैसा परमाणु में E_n=−13.6 eV·Z²/n² (एकल-इलेक्ट्रॉन आयन, अनंत-परमाणु-द्रव्यमान सन्निकटन के करीब)। नकारात्मक चिह्न से बंधी अवस्था को शून्य-पर-अनंत संदर्भ से नीचे दिखाता है।

n बढ़ने पर E शून्य की ओर जाता है और निकटवर्ती स्तर करीब होते हैं। n→∞ आयनीकरण सीमा से जुड़ा है।

संक्रमण और स्पेक्ट्रा

संक्रमण में फोटॉन ऊर्जा |ΔE|=hν=एच.सी/λ। अधोमुखी संक्रमण फोटॉन उत्सर्जित होता है और ऊपर की ओर संक्रमण फोटॉन अवशोषित कर सकती है यदि ऊर्जा मिलान और चयन नियम अनुमति दें।

लाइन स्पेक्ट्रम असतत होता है क्योंकि राज्य की ऊर्जाओं को अलग-अलग अनुमति दी गई हैं। चौड़ीकरण और बढ़िया संरचना वास्तविक पंक्तियाँ को आदर्श डेल्टा-फ़ंक्शन से अलग करते हैं।

आयनीकरण

भू-अवस्था हाइड्रोजन को आयनित करने के लिए 13.6 eV चाहिए। यदि फोटॉन ऊर्जा सीमा से अधिक है, अतिरिक्त ऊर्जा मुक्त इलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा में जा सकती है।

उत्साहित अवस्था से आयनीकरण ऊर्जा कम होती है क्योंकि इलेक्ट्रॉन पहले से सातत्य के करीब है।

बहु-इलेक्ट्रॉन परमाणु

इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण और हाइड्रोजेनिक अध:पतन का परिरक्षण तोड़ते हैं। कक्षीय ऊर्जा केवल प्रमुख क्वांटम संख्या n पर नहीं; n और l तथा अधिभोग पर निर्भर हो सकती है।

आवधिक रसायन शास्त्र में 4s/3d आदेश देना जैसी बातें तटस्थ परमाणु, आयनीकरण और विन्यास के साथ बदल सकती हैं। एक निश्चित सार्वभौमिक कक्षीय-ऊर्जा सीढ़ी अतिसरलीकरण है।

बढ़िया संरचना और बाहरी क्षेत्र

स्पिन-ऑर्बिट युग्मन, सापेक्षिक सुधार और मेमना शिफ्ट जैसे ऊर्जा स्तर पर प्रभाव डालता है को आगे विभाजन कर सकते हैं। चुंबकीय क्षेत्र ज़ीमन और विद्युत क्षेत्र स्टार्क विभाजन उत्पन्न कर सकते हैं।

स्पेक्ट्रोस्कोपी की परिशुद्धता के अनुसार मॉडल जटिलता चुनी जाती है; परिचयात्मक बोह्र-स्तरीय चित्र उपयोगी है लेकिन सटीक परमाणु संरचना नहीं।

चयन नियम और रेखा की तीव्रता

ऊर्जा अंतर मिलान आवश्यक है पर हर संक्रमण समान रूप से संभावित नहीं। विद्युत-द्विध्रुव चयन नियम जैसे Δl=±1 और कोणीय-संवेग बाधाएँ संक्रमण शक्ति तय करते हैं। वर्जित कहलाने वाले परिवर्तन बिल्कुल असंभव नहीं; वे कमजोर उच्च-क्रम प्रक्रियाएँ से हो सकते हैं।

वर्णक्रमीय रेखा तीव्रता स्तर जनसंख्या पर भी निर्भर करती है। इसलिए मजबूत लाइन का अर्थ केवल बड़ा ΔE नहीं, बल्कि जनसंख्या और संक्रमण की संभावना का संयोजन है।

अधःपतन और बाहरी क्षेत्र

हाइड्रोजन के आदर्श गैरसापेक्षवादी मॉडल में एक ही n के कई l,m राज्य समान ऊर्जा रखते हैं। बढ़िया संरचना, मेमना शिफ्ट या बाह्य विद्युत/चुंबकीय क्षेत्र यह पतनशीलता आंशिक रूप से तोड़ सकते हैं।

ज़ीमन प्रभाव चुंबकीय क्षेत्र में और तीव्र प्रभाव विद्युत क्षेत्र में रेखा विभाजन पैदा करते हैं। इसलिए वर्णक्रमीय रेखा स्थिति केवल तत्व पहचान ही नहीं, स्थानीय क्षेत्र की जानकारी भी दे सकती हैं।

अभ्यास

हाइड्रोजन n=2

E₂=−13.6/4।

हल: −3.40 eV।

n=3→2

ΔE≈1.89 eV।

हल: λ≈656 nm (बामर Hα के करीब)।

से आयनीकरण n=2

देहली?

हल: 3.40 eV।