Atomenergniveauer

Atomer er byggestenene for alle materialer, der findes. I disse atomer er der et centralt område kaldet kerne (N på figur 1), som består af protoner og neutroner, og omkring hvilket de partikler, der kaldes elektroner, cirkulerer. Derudover skal det bemærkes, at ikke alle elektroner, der udgør det overvejede materiale, cirkulerer langs samme bane. Dette betyder dog ikke, at deres baner kan være tilfældige. Det vil sige, at hvert elektron i et bestemt atom har sin egen dedikerede bane, kaldet orbit, langs hvilken det cirkulerer omkring den centrale kerne. Det er disse oribiter, der refereres til som energiniveauer for et atom.

Dette skyldes, at hver af dem har en dedikeret mængde energi, der udtrykkes ved hjælp af en integral multiplum af ligningen
Hvor h er Plancks konstant, og υ er frekvensen.

Figur 2 viser den endelige energi, som forskellige energitilstande (og dermed alle elektroner, der findes i dem) besidder, i elektronvolt (eV). Fra figuren kan man se, at elektronernes energi stiger, når man bevæger sig væk fra midten af atomet. For eksempel har et elektron i den første energitilstand (E1) en energi på -13.6 eV, mens det i den anden (E2) har en energi på -3.4 eV osv. Fortsatte således, kan man nå et niveau, hvor energien bliver 0 eV, dvs. energiniveau E∞.

Antag nu, at vi leverer ekstern energi (måske på enhver måde, herunder lys) til materialet. Denne leverede energi vil blive absorberet af elektronerne, der findes i atomerne, der udgør materialet. Elektronerne tillades dog ikke at absorbere enhver mængde energi, de ønsker. Dette skyldes, at hvis et elektron absorberer nogle energi, ændres dets nettoenergi. Dette betyder, at elektronet ikke længere kan forblive i sin oprindelige energitilstand. Lad os for eksempel sige, at et elektron i energitilstanden E1 absorberer 4 eV energi. Ved at gøre dette, ville det nettoenergi af elektronet øge til
hvilket betyder, at det ikke længere kan forblive i energiniveauet E1, som har sin energi som -13.6 eV. Desuden kan det ikke finde noget andet niveau, der har en energi, der svarer til, hvad det har. Dette får det til at miste sporet!

På den anden side, hvis dette elektron absorberer 10.2 eV energi, ville dets øgede energi være

Dette er intet andet end den energi, som niveauet E2 besidder, hvilket betyder, at elektronet, der tidligere var i E1, nu er på energiniveauet E2. Med andre ord, siger vi, at dette elektron har foretaget en overgang fra niveauet E1 til niveauet E2, hvilket fører til et opspændt atom. Dog kan elektronet ikke forblive i denne ustabile tilstand i lang tid. Det vil snart vende tilbage til sin oprindelige tilstand ved at foretage en overgang fra niveauet E2 til niveauet E1. Men et vigtigt punkt, der skal bemærkes her, er, at under dette, emitterer elektronet 10.2 eV energi (som er det samme som det absorberede) i form af elektromagnetiske bølger.

Af den diskussion, der er præsenteret, er det tydeligt, at elektroner kun tillades at absorbere (eller equivalerende udsende) kvantiserede mængder energi. Mængden af denne energi er intet andet end forskellen i energierne af niveauerne, mellem hvilke overgangen foregår. Herefter ses det fra figur 2, at denne forskel mellem energitilstande fortsætter med at falde, når man bevæger sig væk fra E1 dvs. …

Dette betyder, at elektroner i de yderste skaller kræver mindre energi for at blive opspændte end de, der findes i de indre skaller. Dette er i overensstemmelse med den kendte kendsgerning, at elektroner, der findes nær kernen, er stærkt forbundet til atomer snarere end de, der findes væk fra den.
Selvom vi har forklaret processen for opspændning, gælder samme argumentation også for tilfældet af løsladelse. Dette skyldes, at vi kan antage, at elektronet, når det bliver opspændt til energiniveauet med en energi på 0 eV (E∞), ville være fuldstændig fri fra den attraktive kraft af atomets kerne. Det er disse frie elektroner, der bidrager til ledning i tilfælde af materialer som metaller.

Erklæring: Respektér det originale, godt artikler værd at dele, hvis der er krænkelse kontakt slet.