Atomové energie úrovně

Atomy tvoří základní stavební kameny všech materiálů. U těchto atomů je centrální část nazývaná jádro (N na obrázku 1), které se skládá z protonů a neutronů, kolem něhož obíhají elektrony. Dále je třeba poznamenat, že všechny elektrony, které tvoří daný materiál, neobíhají stejnou cestou. To však neznamená, že jejich oběžné dráhy mohou být náhodné. Každý elektron určitého atomu má svou vlastní dedikovanou cestu, nazývanou oběžná dráha, po níž obíhá centrální jádro. Jsou to tyto oběžné dráhy, které jsou označovány jako energetické úrovně atomu.

Je to proto, že každý z nich má dedikované množství energie, které se vyjadřuje v celočíselném násobku rovnice
Kde h je Planckova konstanta a υ je frekvence.

Obrázek 2 ukazuje konečnou energii, kterou mají různé energetické stavy (a tedy i všechny elektrony v nich) v elektronvoltech (eV). Z obrázku lze vidět, že energie elektronů roste, jak se pohybujeme dál od středu atomu. Například, elektron v prvním energetickém stavu (E1) má energii -13,6 eV, ten ve druhém (E2) má energii -3,4 eV a tak dále. Pokračováním by se mohlo dosáhnout úrovně, kde energie dosáhne 0 eV, tj. energetická úroveň E∞.

Nyní předpokládejme, že poskytujeme materiálu externí energii (může to být jakýmkoli způsobem, včetně světla). Tato dodaná energie bude absorbována elektrony, které jsou součástí atomů tvořících materiál. Elektrony však nemohou absorbovat libovolné množství energie, jaké si přejí. Je to proto, že pokud elektron absorbuje nějakou energii, jeho celková energie se změní. To znamená, že elektron již nemůže zůstat ve své původní energetické úrovni. Řekněme například, že elektron v energetickém stavu E1 absorbuje 4 eV energie. Když to udělá, celková energie elektronu by se zvýšila na
což znamená, že už nemůže zůstat v energetické úrovni E1, která má energii -13,6 eV. Kromě toho nenalézá žádnou jinou úroveň, která by měla stejnou energii, což ho nutí ztratit svou cestu!

Naopak, pokud tento elektron absorbuje 10,2 eV energie, pak jeho zvýšená energie by byla

Což je nic jiného než energie, kterou má úroveň E2, což znamená, že elektron, který byl dříve v E1, je nyní v energetické úrovni E2. Jinými slovy, říkáme, že tento elektron provedl přechod z úrovně E1 na úroveň E2, což vedlo k excitovanému atomu. Elektron však nemůže dlouho zůstat v tomto nestabilním stavu. Brzy se vrátí do svého původního stavu, když provede přechod z úrovně E2 na úroveň E1. Důležité je však poznamenat, že při tomto procesu elektron emituje 10,2 eV energie (což je stejné, jako kolik absorboval) ve formě elektromagnetických vln.

Z diskuse je zřejmé, že elektronům je dovoleno absorbovat (nebo ekvivalentně emitovat) pouze kvantizované množství energie. Množství této energie je nic jiného než rozdíl v energiích úrovní, mezi kterými probíhá přechod. Dále z obrázku 2 lze vidět, že tento rozdíl mezi energetickými stavy klesá, jak se pohybujeme dál od E1, tj. …

To znamená, že elektrony v nejvnějších slupkách potřebují menší množství energie pro excitační přechod než ty, které jsou v nejvnitřnějších slupkách. To je v souladu s dobře známým faktem, že elektrony blízké jádru jsou silně vázané na atomy oproti těm, které jsou dál od něj.
Ačkoli jsme vysvětlili proces excitačního přechodu, stejný argument platí i pro případ osvobození. Je totiž možné předpokládat, že když se elektron dostane na energetickou úroveň s energií 0 eV (E∞), bude úplně osvobozen od přitažlivé síly jádra atomu. Jsou to právě tyto volné elektrony, které přispívají ke vzniku vedení v materiálech, jako jsou kovy.

Prohlášení: Respektujte původ, dobaře psané články jsou hodné sdílení, pokud dojde k porušení autorských práv, kontaktujte nás pro jejich odebrání.