مستويات الطاقة الذرية
الذرات هي اللبنات الأساسية لكل المواد الموجودة. في هذه الذرات، يوجد جزء مركزي يسمى النواة (N في الشكل 1) والتي تتكون من البروتونات والنيوترونات، حولها تدور الجسيمات المسماة الإلكترونات. ثم يجب ملاحظة أن جميع الإلكترونات التي تشكل المادة المعينة لا تدور على نفس المسار. ومع ذلك، هذا لا يعني أن مسارات دورانهم يمكن أن تكون عشوائية. بمعنى آخر، كل إلكترون في ذرة معينة له مساره الخاص، يسمى المدار، والذي يدور فيه حول النواة المركزية. إن هذه المدارات هي ما يشار إليها بمستويات الطاقة للذرة.
وهذا لأن كل منها يمتلك كمية مخصصة من الطاقة والتي يتم التعبير عنها بمضاعف صحيح لمعادلة
حيث h هو ثابت بلانك وυ هي التردد.
يظهر الشكل 2 الطاقة المحدودة التي يمتلكها مختلف مستويات الطاقة (وبالتالي جميع الإلكترونات الموجودة فيها) بالإلكترون فولت (eV). من الشكل، يمكن رؤية أن طاقة الإلكترونات تزداد كلما ابتعدنا عن مركز الذرة. على سبيل المثال، إلكترون في المستوى الأول من الطاقة (E1) لديه طاقة -13.6 eV، بينما الذي في الثاني (E2) يمتلك طاقة -3.4 eV وهكذا دواليك. استمرارًا في ذلك، قد نصل إلى مستوى يكون فيه الطاقة 0 eV أي المستوى E∞.
الآن افترض أننا نمد المادة بالطاقة الخارجية (قد تكون بأي طريقة بما في ذلك الضوء). ستتم امتصاص هذه الطاقة بواسطة الإلكترونات الموجودة في الذرات التي تشكل المادة. ومع ذلك، فإن الإلكترونات ليست مسموح لها باستيعاب أي كمية من الطاقة كما تشتهي. هذا لأن، إذا امتص إلكترون بعض الطاقة، فإن طاقته الصافية تتغير. وهذا يعني أن الإلكترون لم يعد قادرًا على البقاء في مستواه الأصلي من الطاقة. على سبيل المثال، إلكترون في حالة الطاقة E1 يمتص 4 eV من الطاقة. عند القيام بذلك، سترتفع طاقة الإلكترون الصافية إلى
بسبب ذلك، لن يستطيع البقاء في مستوى الطاقة E1 الذي طاقته -13.6 eV. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكنه رؤية أي مستوى آخر يمتلك طاقة مكافئة لما يمتلكه. هذا يجعله يفقد مساره!
من جهة أخرى، إذا امتص هذا الإلكترون طاقة قدرها 10.2 eV، فإن طاقته المتزايدة ستكون
وهذا ليس إلا الطاقة التي يمتلكها المستوى E2، مما يعني أن الإلكترون الذي كان سابقًا في E1 الآن في مستوى الطاقة E2. بعبارة أخرى، نقول أن هذا الإلكترون قد انتقل من المستوى E1 إلى المستوى E2 مما يؤدي إلى ذرة متحمسة. ومع ذلك، لا يمكن للإلكترون البقاء في هذا الحالة غير المستقرة لفترة طويلة. سيعود قريبًا إلى حالته الأصلية عن طريق الانتقال من المستوى E2 إلى المستوى E1. ولكن نقطة مهمة يجب ملاحظتها هنا هي حقيقة أنه أثناء القيام بذلك، يصدر الإلكترون طاقة قدرها 10.2 eV (والتي هي نفسها الطاقة التي تم امتصاصها) على شكل موجات كهرومغناطيسية.
من خلال المناقشة المقدمة، من الواضح أن الإلكترونات مسموح لها باستيعاب (أو بشكل مكافئ الإصدار) فقط كميات محددة من الطاقة. كمية هذه الطاقة ليست إلا الفرق في الطاقات بين المستويات التي يحدث فيها الانتقال. بعد ذلك، من الشكل 2، يمكن رؤية أن هذا الفرق بين مستويات الطاقة يقل كلما ابتعدنا عن E1 أي ...
هذا يعني أن الإلكترونات في القشر الخارجية تحتاج إلى كمية أقل من الطاقة لتحفيزها مقارنة بتلك الموجودة في القشر الداخلية. وهذا يتوافق مع الحقيقة المعروفة جيدًا أن الإلكترونات الموجودة بالقرب من النواة مرتبطة بشدة بـ الذرات أكثر من تلك الموجودة بعيدًا عنها.
على الرغم من أننا شرحنا عملية التحفيز، فإن نفس المنطق ينطبق أيضًا على حالة التحرر. هذا لأننا يمكننا افتراض أن الإلكترون عندما يتحمس ليصل إلى مستوى الطاقة الذي طاقته 0 eV (E∞)، سيكون حرًا تمامًا من قوة الجذب لنواة الذرة. إن هذه الإلكترونات الحرة هي التي تساهم في التوصيل في حالة مواد مثل الفلزات.
بيان: احترام الأصلي، المقالات الجيدة مستحقة للمشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى الاتصال لحذف.
