Атомные уровни энергии

Уровни водорода

В идеальном водородная модель E_n=−13,6 eV/n². Ноль энергии соответствует электрон и протон на бесконечном расстоянии.

Отрицательная E означает связанное состояние; при росте n уровни приближаются к предел ионизации E=0.

Переходы

При фотон нисходящего перехода имеет Eγ=E_i−E_f>0. Для поглощение нужна подходящая разность энергий.

Поэтому атомы дают дискретные спектральные линии, а не произвольный непрерывный спектр.

Серии водорода

Переходы к n_f=1 дают серия Лайман, к n_f=2 Бальмер, к n_f=3 Пашен.

соотношение Ридберга 1/λ=R_H(1/n_f²−1/n_i²) выражает те же энергетические различия через длина волны.

Ионизация

Энергия ионизации водорода в основном состоянии равна 13,6 eV. Для уровня n требуется |E_n|.

Фотон большей энергии может ионизировать атом, а избыток уйдёт в кинетическая энергия электрона.

Многоэлектронные атомы

Электрон-электронное отталкивание, экранирование, проникновение и спин-орбитальные взаимодействия делают энергия зависимой не только от n.

Поэтому 2s и 2p в многоэлектронный атом не вырождаться, как в водород.

Правила выбора

Электродипольные переходы типично требуют Δℓ=±1 и дополнительных угловой момент/ограничения четности.

Запрещенный переход может идти через механизм высшего порядка, но намного медленнее.

Спектроскопическое подтверждение

Позиции линий измеряют энергетические различия, а расщепления и интенсивность дают информацию о население, поля и квантовые числа.

Диаграмма энергетических уровней — модель для организации измеримых спектров, а не пространственная лестница.

Вырождение и расщепление

В идеальные состояния водорода с одинаковым n могут быть вырождаться. Внешний электрический или магнитные поля снимают вырождение и дают Старк или Зеемановское расщепление, наблюдаемое в спектрах.

В многоэлектронные атомы электронные взаимодействия и спин-орбитальное взаимодействие создают более сложные шаблоны на уровне терминов, чем простая лестница n.

Разобранный пример