Атомні енергетичні рівні

Рівні водню

В модель ідеального водню E_n=−13,6 eV/n². Нульова енергія відповідає електрон і протон на нескінченна розлука.

Негативний E означає зв'язаний стан; зі зростанням n рівнях наближаються до межа іонізації E=0.

Переходи

Для перехід вниз, випущений фотон має Eγ=E_i−E_f>0. поглинання потребує відповідної різниця енергії.

Тому атомів створюють дискретні спектральні лінії, а не довільний безперервний спектр.

Ряд водню

Переходи до n_f=1 дають Серія Лимана, до n_f=2 Бальмер, до n_f=3 Пашен.

Співвідношення Рідберга 1/λ=R_H(1/n_f²−1/n_i²) виражає ті самі енергетичні відмінності через довжина хвилі.

Іонізація

Енергія іонізації водню в основному стані дорівнює 13,6 eV. Для рівень n потрібно |E_n|.

Фотон з більшою енергії може іонізувати атом, а надлишок переходить у кінетична енергія електрона.

Багатоелектронні атоми

Відштовхування електрон–електрон, екранування, проникнення і спін-орбітальні взаємодії роблять енергії залежною не лише від n.

Тому 2s і 2p у багатоелектронний атом не вироджуються, як у ідеальний водень.

Правила відбору

Електродипольні переходи типово мають Δℓ=±1 та додаткові кутовий момент/обмеження парності.

Заборонений перехід може відбуватися механізм вищого порядку, але значно повільніше.

Спектроскопічний доказ

Позиції ліній вимірюють енергетичні відмінності, а розщеплення та інтенсивності дають інформацію про населення, поля і квантові числа.

Діаграма рівня енергії — це модель для організації вимірні спектри, а не просторова драбина.

Дегенерація і розщеплення

В ідеальні стани водню з однаковим n можуть бути вироджуються. Зовнішній електричний або магнітні поля знімають виродження і створюють Старк чи Зееманівське розщеплення, видимі у спектри.

У багатоелектронні атоми електронні взаємодії і спін-орбітальний зв'язок дають складніші шаблони рівня термінів, ніж проста n-сходи.

Розібраний приклад