Nivells d'Energia Atòmica

Àtoms són els blocs de construcció de tots els materials existents. En aquests àtoms, hi ha una part central anomenada nucli (N a la Figura 1) que consta de protons i neutrons, al voltant del qual giren les partícules anomenades electrons. A més, cal notar que no tots els electrons que constitueixen el material considerat giren per la mateixa trajectòria. No obstant això, això no significa que les seves trajectòries poden ser aleatorietats. És a dir, cada electró d'un àtom específic té la seva pròpia trajectòria dedicada, anomenada òrbita, al voltant del nucli central. Són aquestes òrbites les que es denominen nivells d'energia d'un àtom.

Això és degut al fet que cadascun d'ells posseeix una quantitat dedicada d'energia que es expressa en termes d'un múltiple enter de l'equació
On h és la constant de Planck i υ és la freqüència.

La Figura 2 mostra l'energia finita possedida per diferents estats d'energia (i, per tant, tots els electrons presents en ells) en electronvoltios (eV). A partir de la figura, es pot veure que l'energia dels electrons augmenta quan ens allunyem del centre de l'àtom. Per exemple, un electró en el primer estat d'energia (E1) té una energia de -13.6 eV, el de segon (E2) posseeix una energia de -3.4 eV i així successivament. Continuant així, es pot arribar a un nivell en què l'energia es converteix en 0 eV, és a dir, el nivell d'energia E∞.

Ara suposem que estem suministrant energia externa (que pot ser de qualsevol manera, incloent-hi la llum) al material. Aquesta energia suministrada serà absorbida pels electrons presents en els àtoms que constitueixen el material. No obstant això, els electrons no es permeten absorir qualsevol quantitat d'energia com vulguin. Això és degut al fet que, si un electró absorix alguna energia, llavors la seva energia neta canvia. Això, a la vegada, significa que l'electró ja no pot romandre en el seu nivell d'energia original. Per exemple, un electró en l'estat d'energia E1 absorix 4 eV d'energia. Al fer-ho, l'energia neta de l'electró augmentaria a
per la qual cosa ja no pot romandre en el nivell d'energia E1 que té una energia de -13.6 eV. Més encara, no pot trobar cap altre nivell que tingui una energia equivalent a la que té. Això fa que perdgui la seva trajectòria!

D'altra banda, si aquest electró absorix 10.2 eV d'energia, llavors la seva energia incrementada seria

Això no és res més que l'energia possedida pel nivell E2, el que significa que l'electró que anteriorment estava en E1 ara està en el nivell d'energia E2. En altres paraules, diem que aquest electró ha fet una transició del nivell E1 al nivell E2, el que a la vegada porta a un àtom excitat. No obstant això, l'electró no pot mantenir-se en aquest estat inestable durant gaire temps. Pronto tornarà al seu estat original fent una transició del nivell E2 al nivell E1. Però un punt important a tenir en compte aquí és el fet que, mentre ho fa, l'electró emet una energia de 10.2 eV (que és la mateixa que la absorbida) en forma d'ones electromagnètiques.

Des del debat presentat, és evident que els electrons només es permeten absorir (o equivalentment emitir) quantitats quantitzades d'energia. La quantitat d'aquesta energia no és res més que la diferència en les energies dels nivells entre els quals es produeix la transició. Seguidament, a partir de la Figura 2, es veu que aquesta diferència entre els estats d'energia continua disminuint quan ens allunyem d'E1, és a dir, …

Això significa que els electrons en les conques més externes requereixen menys quantitat d'energia per excitar-se que aquells presents en les conques més internes. Això és en acord amb el fet ben conegut que els electrons presents prop del nucli estan fortement lligats als àtoms més que els que estan presents lluny d'ell.
Encara que hem explicat el procés d'excitació, el mateix mode d'argumentació és vàlid també per al cas de la liberació. Això és degut al fet que podem assumir que l'electró, quan s'excita al nivell d'energia amb una energia de 0 eV (E∞), estarà completament lliure de la força atractiva del nucli de l'àtom. Són aquests electrons lliures els que contribueixen a la conducció en el cas de materials com els metalls.

Declaració: Respecta l'original, els bons articles mereixen ser compartits, si hi ha infracció contacta per eliminar.