Aras tenaga atom

Mengapa aras tenaga diskret?

Dalam mekanik kuantum, keadaan terikat ialah penyelesaian persamaan Schrödinger dengan syarat sempadan. Untuk hidrogen, aras ideal menghampiri Eₙ=-13.6 eV/n². Sifar tenaga biasanya ditetapkan untuk elektron bebas jauh daripada atom, jadi keadaan terikat mempunyai tenaga negatif relatif kepadanya.

Dalam atom berbilang elektron, potensi tidak lagi Coulomb mudah. Elektron saling menolak dan memerisaikan cas nukleus; subkulit dengan penembusan lebih kuat boleh merasai cas nuklear berkesan yang lebih besar dan mempunyai tenaga berbeza.

Keadaan dasar dan teruja

Dalam mekanik kuantum, keadaan terikat ialah penyelesaian persamaan Schrödinger dengan syarat sempadan. Untuk hidrogen, aras ideal menghampiri Eₙ=-13.6 eV/n². Sifar tenaga biasanya ditetapkan untuk elektron bebas jauh daripada atom, jadi keadaan terikat mempunyai tenaga negatif relatif kepadanya.

Pengionan dan kontinum

Dalam atom berbilang elektron, potensi tidak lagi Coulomb mudah. Elektron saling menolak dan memerisaikan cas nukleus; subkulit dengan penembusan lebih kuat boleh merasai cas nuklear berkesan yang lebih besar dan mempunyai tenaga berbeza.

Peralihan dan foton

Jika E_f>E_i, tenaga mesti diserap. Jika atom turun ke aras lebih rendah, foton boleh dipancarkan dengan E=|ΔE|=hν=hc/λ. Kedudukan garis terutama mencerminkan beza tenaga, tetapi keamatan juga bergantung pada kebarangkalian peralihan dan aturan pemilihan.

Garis spektrum mempunyai lebar terhingga akibat hayat keadaan yang terhad, gerakan haba, perlanggaran dan resolusi alat. Oleh itu aras diskret menghasilkan ciri yang sempit tetapi bukan garis matematik tanpa lebar.

Penyerapan dan pancaran

Jika E_f>E_i, tenaga mesti diserap. Jika atom turun ke aras lebih rendah, foton boleh dipancarkan dengan E=|ΔE|=hν=hc/λ. Kedudukan garis terutama mencerminkan beza tenaga, tetapi keamatan juga bergantung pada kebarangkalian peralihan dan aturan pemilihan.

Aturan pemilihan

Garis spektrum mempunyai lebar terhingga akibat hayat keadaan yang terhad, gerakan haba, perlanggaran dan resolusi alat. Oleh itu aras diskret menghasilkan ciri yang sempit tetapi bukan garis matematik tanpa lebar.

Atom berbilang elektron dan struktur halus

Interaksi elektron–elektron dan penggandingan spin–orbit memecahkan keadaan yang akan terdegenerasi dalam model ringkas. Medan magnet atau elektrik boleh menambah pemisahan Zeeman atau Stark, memberikan maklumat tentang momentum sudut dan simetri keadaan.

Konfigurasi keadaan dasar diperoleh dengan mengisi keadaan rendah sambil mematuhi Pauli dan Hund, namun turutan n+ℓ bukan ramalan sempurna untuk setiap unsur kerana subkulit yang hampir tenaga dipengaruhi korelasi elektron.

Pemerisaian dan penembusan

Interaksi elektron–elektron dan penggandingan spin–orbit memecahkan keadaan yang akan terdegenerasi dalam model ringkas. Medan magnet atau elektrik boleh menambah pemisahan Zeeman atau Stark, memberikan maklumat tentang momentum sudut dan simetri keadaan.

Daripada aras kepada kimia dan spektroskopi

Aras tenaga menentukan orbital yang terisi, lalu berkait dengan elektron valens, pengionan dan corak berkala. Dalam ion, molekul dan pepejal, tenaga berubah; aras atom boleh berpecah atau melebar menjadi jalur.

Spektroskopi mengukur beza tenaga secara langsung. Gabungan penyerapan, pancaran, polarisasi dan pemisahan medan membolehkan keadaan dikenal pasti dan model interaksi diuji dengan ketepatan tinggi.

Struktur halus dan medan

Konfigurasi keadaan dasar diperoleh dengan mengisi keadaan rendah sambil mematuhi Pauli dan Hund, namun turutan n+ℓ bukan ramalan sempurna untuk setiap unsur kerana subkulit yang hampir tenaga dipengaruhi korelasi elektron.

Contoh berjawab

Panjang gelombang daripada ΔE

Tenaga pengionan

Mengapa model Bohr terhad?