Atomic Energy Levels سطح های انرژی اتمی
اتمها ساختمان تمام مواد موجود را تشکیل میدهند. در این اتمها، بخش مرکزی به نام هسته (N در شکل 1) وجود دارد که شامل پروتونها و نوترونها است و ذراتی به نام الکترونها حول آن میچرخند. باید توجه داشت که تمام الکترونهای تشکیلدهنده ماده مورد نظر در یک مسیر یکسان حرکت نمیکنند. با این حال، این معنا را نمیدهد که مسیرهای حرکتی آنها میتوانند تصادفی باشند. یعنی هر الکترون خاص یک اتم مسیر اختصاصی خود را دارد که به آن مدار گفته میشود و در آن دور هسته مرکزی میچرخد. این مدارها به عنوان سطوح انرژی یک اتم شناخته میشوند.
این به این دلیل است که هر یک از آنها مقداری انرژی اختصاصی دارند که به صورت مضرب صحیح از معادله بیان میشود
که در آن h ثابت پلانک و υ فرکانس است.
شکل 2 انرژی محدودی را که توسط حالتهای مختلف انرژی (و بنابراین همه الکترونهای موجود در آنها) در الکتروولت (eV) داشته میشود نشان میدهد. از شکل مشخص است که انرژی الکترونها با افزایش فاصله از مرکز اتم افزایش مییابد. برای مثال، یک الکترون در حالت انرژی اول (E1) انرژی -13.6 eV دارد، آن در حالت دوم (E2) انرژی -3.4 eV دارد و به همین ترتیب. با ادامه این روند، ممکن است به سطحی برسید که انرژی آن 0 eV یعنی سطح انرژی E∞ شود.
حال فرض کنید که ما انرژی خارجی (ممکن است به هر شکلی از جمله نور) به ماده تامین میکنیم. این انرژی تامین شده توسط الکترونهای موجود در اتمهای تشکیلدهنده ماده جذب میشود. با این حال، الکترونها نمیتوانند هر مقدار انرژی که میخواهند جذب کنند. زیرا اگر یک الکترون انرژی جذب کند، انرژی کل آن تغییر میکند. این بدان معناست که الکترون دیگر نمیتواند در سطح انرژی اصلی خود باقی بماند. برای مثال، اگر یک الکترون در حالت انرژی E1 انرژی 4 eV جذب کند، انرژی کل الکترون به
تغییر میکند و نمیتواند دیگر در سطح انرژی E1 که انرژی آن -13.6 eV است باقی بماند. علاوه بر این، هیچ سطح دیگری وجود ندارد که انرژی آن با انرژی جدید الکترون برابر باشد. این باعث میشود الکترون از مسیر خود گم شود!
از طرف دیگر، اگر این الکترون انرژی 10.2 eV جذب کند، انرژی افزایش یافته آن خواهد بود
این همان انرژی موجود در سطح E2 است، یعنی الکترونی که قبلاً در E1 بود، حالا در سطح انرژی E2 قرار گرفته است. به عبارت دیگر، میگوییم این الکترون از سطح E1 به سطح E2 انتقال یافته است که منجر به اتمی برانگیخته میشود. با این حال، الکترون نمیتواند در این حالت ناپایدار برای مدت طولانی باقی بماند. به زودی به حالت اولیه خود بازمیگردد با اینکه از سطح E2 به سطح E1 انتقال مییابد. اما یک نکته مهم این است که در این فرآیند، الکترون انرژی 10.2 eV (که همان انرژی جذب شده است) را به صورت امواج الکترومغناطیسی تابش میکند.
از بحث ارائه شده، واضح است که الکترونها فقط مقدارهای کوانتایزهای از انرژی را میتوانند جذب (یا به طور معادل تابش) کنند. مقدار این انرژی همان تفاوت انرژی بین سطوحی است که انتقال بین آنها رخ میدهد. سپس، از شکل 2 مشاهده میشود که این تفاوت بین حالتهای انرژی با افزایش فاصله از E1 کاهش مییابد یعنی …
این به این معناست که الکترونهای موجود در پوستههای بیرونی نیاز به مقدار کمتری انرژی برای برانگیخته شدن دارند تا آنهایی که در پوستههای داخلی قرار دارند. این با حقیقت شناخته شده که الکترونهای نزدیک به هسته به اتم بسیار محکمتر متصل هستند تا آنهایی که دورتر از آن هستند.
اگرچه ما فرآیند برانگیختگی را توضیح دادیم، همان روش استدلال حتی برای مورد آزادسازی نیز صدق میکند. زیرا میتوانیم فرض کنیم که وقتی الکترون به سطح انرژی با انرژی 0 eV (E∞) برانگیخته میشود، کاملاً از نیروی جاذبه هسته اتم آزاد خواهد شد. این الکترونهای آزاد هستند که در موادی مانند فلزات به هدایت کمک میکنند.
Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
