سطحهای انرژی اتمی
اتمها ساختمانپایه تمام مادههای موجود را تشکیل میدهند. در این اتمها، بخش مرکزی به نام هسته (N در شکل ۱) وجود دارد که شامل پروتونها و نوترونها است و حول آن ذراتی به نام الکترونها میچرخند. باید توجه داشت که تمام الکترونهای تشکیلدهنده ماده مورد نظر از یک مسیر یکسان دور نمیزنند. اما این به معنای آن نیست که مسیرهای چرخشی آنها میتوانند تصادفی باشند. یعنی هر الکترون یک اتم خاص 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 امر به این دلیل است که هر یک از آنها مقدار انرژی اختصاصی دارند که به صورت مضرب صحیحی از معادله بیان میشود
که در آن h ثابت پلانک و υ فرکانس است.
شکل ۲ انرژی محدودی را که توسط حالتهای مختلف انرژی (و بنابراین تمام الکترونهای موجود در آنها) در الکترونولت (eV) دارند 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 غیره. ادامه این روند میتواند به سطحی منجر شود که انرژی 0 eV میشود یعنی سطح انرژی E∞.
حال فرض کنید که ما انرژی خارجی (میتواند به هر نحوی از جمله نور) به ماده تأمین میکنیم. این انرژی تأمین شده توسط الکترونهای موجود در اتمهای تشکیلدهنده ماده جذب میشود. اما الکترونها نمیتوانند هر مقدار انرژی دلخواه را جذب کنند. زیرا اگر یک الکترون انرژی جذب کند، انرژی کل آن تغییر میکند. این به معنای آن است که الکترون دیگر نمیتواند در سطح انرژی اولیه خود باقی بماند. برای مثال، یک الکترون در حالت انرژی E1 انرژی 4 eV جذب میکند. با انجام این کار، انرژی کل الکترون به
تغییر میکند که به این معنی است که دیگر نمیتواند در سطح انرژی E1 با انرژی -13.6 eV باقی بماند. علاوه بر این، هیچ سطح دیگری با انرژی برابر با آنچه دارد وجود ندارد. این باعث میشود که مسیر خود را از دست بدهد!
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، به این معنی که الکترونی که قبلاً در E1 بود حالا در سطح انرژی E2 است. به عبارت دیگر، میگوییم که این الکترون از سطح E1 به سطح E2 منتقل شده است که به اتمی تحریک شده منجر میشود. با این حال، الکترون نمیتواند در این وضعیت ناپایدار برای مدت طولانی باقی بماند. به زودی به حالت اولیه خود باز خواهد گشت با انتقال از سطح E2 به سطح E1. اما یک نکته مهم این است که در این فرآیند، الکترون انرژی 10.2 eV (که همان انرژی جذب شده است) به صورت امواج الکترومغناطیسی تابش میکند.
از بحث ارائه شده، واضح است که الکترونها فقط مقدار کوانتیزهشده انرژی را میتوانند جذب (یا به طور معادل تابش) کنند. مقدار این انرژی همان تفاوت در انرژی سطوحی است که انتقال بین آنها اتفاق میافتد. سپس، از شکل ۲ 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 نسبت به الکترونهای موجود در پوستههای داخلی نیاز به انرژی کمتری برای تحریک دارند. این با حقیقت شناخته شده که الکترونهای نزدیک به هسته به اتمها بیشتر متصل هستند نسبت به آنهایی که دور از آن هستند.
اگرچه ما فرآیند تحریک را توضیح دادیم، همان حالت استدلال برای مورد آزادسازی نیز صدق میکند. زیرا میتوانیم فرض کنیم که الکترون وقتی به سطح انرژی با انرژی 0 eV (E∞) تحریک میشود، کاملاً از نیروی جاذبه هسته آزاد خواهد بود. این الکترونهای آزاد هستند که در موادی مانند فلزات برای هدایت مشارکت میکنند.
Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
