Атомни нивоа на енергията

Атоми са основните строителни блокове на всички материали, които съществуват. В тези атоми има централна част, наречена ядро (N на Фигура 1), която се състои от протони и неутрони, около което се въртят частиците, наречени електрони. Следва да се отбележи, че всички електрони, които съставляват разглеждания материал, не се въртят по един и същ път. Това обаче не означава, че техните революционни пътища могат да бъдат случайни. Тоест, всеки електрон на определен атом има своя собствен изкривен път, наречен орбита, по който се върти около централното ядро. Тези орбити са тези, които се наричат енергийни нива на атома.

Това е защото всеки от тях притежава специфично количество енергия, което се изразява чрез интегрално кратно на уравнението
Където h е константата на Планк, а υ е честотата.

Фигура 2 показва крайната енергия, притежавана от различните енергийни състояния (и следователно всички електрони, присъстващи в тях) в електронни волтови (eV). От фигурата може да се види, че енергията на електроните увеличава, докато се отдалечаваме от центъра на атома. Например, електрон в първото енергийно състояние (E1) има енергия -13.6 eV, този във второто (E2) притежава енергия -3.4 eV и така нататък. Продължавайки така, можем да достигнем ниво, при което енергията става 0 eV, т.е. енергийното ниво E∞.

Сега допуснете, че подаваме външна енергия (може да бъде по какъвто и да е начин, включително и на светлина) към материала. Тази подадена енергия ще бъде абсорбирана от електроните, присъстващи в атомите, които съставляват материала. Електроните обаче не могат да абсорбират произволно количество енергия, каквото искат. Това е защото, ако електронът абсорбира някаква енергия, то неговата общо енергия се променя. Това означава, че електронът вече не може да остане в своето оригинално енергийно ниво. Например, ако електрон в енергийното състояние E1 абсорбира 4 eV енергия. При това, общата енергия на електрона ще се увеличи до
поради което той вече не може да остане в енергийното ниво E1, което има енергия -13.6 eV. Освен това, той не може да намери друго ниво, което има енергия, равна на тази, която има. Това го кара да губи своя път!

От друга страна, ако този електрон абсорбира енергия от 10.2 eV, то неговата увеличена енергия ще бъде

Това е нищо друго, освен енергията, притежавана от нивото E2, което означава, че електронът, който преди беше в E1, сега е в енергийното ниво E2. С други думи, казваме, че този електрон е направил преход от нивото E1 към нивото E2, което води до възбуден атом. Обаче електронът не може да остане в това нестабилно състояние за дълго. Скоро ще се върне към своето оригинално състояние, като направи преход от нивото E2 към нивото E1. Но важен момент, който трябва да се отбележи, е фактът, че при това, електронът излъчва енергия от 10.2 eV (която е същата като тази, която е абсорбирана) във формата на електромагнитни вълни.

От представения разговор е очевидно, че електроните са позволени да абсорбират (или аналогично да излъчват) само квантизирано количество енергия. Количество тази енергия е нищо друго, освен разликата в енергиите на нивата, между които се осъществява преходът. След това, от Фигура 2, се вижда, че тази разлика между енергийните състояния продължава да намалява, докато се отдалечаваме от E1, т.е. …

Това означава, че електроните в най-външните обвивки изискват по-малко количество енергия, за да се възбудят, отколкото тези, присъстващи в най-вътрешните обвивки. Това е в съответствие с добре известния факт, че електроните, присъстващи близо до ядрото, са силно свързани с атоми, отколкото тези, които са присъстващи далеч от него.
Въпреки че обяснихме процеса на възбуждане, същият модел на аргументация е валиден дори и за случая на освобождаване. Това е защото, можем да допуснем, че електронът, когато се възбуди до енергийното ниво с енергия 0 eV (E∞), той ще бъде напълно свободен от привлекателната сила на ядрото на атома. Тези свободни електрони допринасят за проводимостта в случаите на материали като металите.

Изявление: Уважавайте оригинала, добри статии са стойни за споделяне, ако има нарушение на права, моля се обратете за изтриване.