परमाणु ऊर्जा स्तर

परमाणु सभी पदार्थों के निर्माण के लिए मूल इकाई होते हैं। इन परमाणुओं में, एक केंद्रीय भाग होता है जिसे नाभिक (चित्र 1 में N) कहते हैं, जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, जिनके चारों ओर इलेक्ट्रॉन नामक कण घूमते हैं। अगला, यह ध्यान देने वाली बात यह है कि विचार में लिए गए पदार्थ के सभी इलेक्ट्रॉन एक ही मार्ग पर घूमते नहीं हैं। हालांकि, यह यह भी नहीं दर्शाता है कि उनके घूमने के मार्ग यादृच्छिक हो सकते हैं। यानी, किसी विशेष परमाणु का प्रत्येक इलेक्ट्रॉन अपना स्वयं का निर्धारित मार्ग, जिसे कक्षीय मार्ग कहते हैं, होता है, जिसके द्वारा वह केंद्रीय नाभिक के चारों ओर घूमता है। ये ही कक्षीय मार्ग होते हैं जिन्हें परमाणु की ऊर्जा स्तर कहा जाता है।

इसका कारण यह है कि, उनमें से प्रत्येक के पास एक निर्दिष्ट ऊर्जा की मात्रा होती है, जिसे निम्न समीकरण के अभिन्न गुणक के रूप में व्यक्त किया जाता है
जहाँ h प्लांक का स्थिरांक है और υ आवृत्ति है।

चित्र 2 विभिन्न ऊर्जा स्तरों (और इस प्रकार उनमें मौजूद सभी इलेक्ट्रॉन) द्वारा संपन्न विशिष्ट ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन वोल्ट (eV) में दिखाता है। चित्र से यह देखा जा सकता है कि इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा परमाणु के केंद्र से दूर होने पर बढ़ती जाती है। उदाहरण के लिए, E1 ऊर्जा स्तर में एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा -13.6 eV होती है, E2 में -3.4 eV और इसी प्रकार आगे बढ़ते हुए, एक स्तर तक पहुंचा जा सकता है जिसमें ऊर्जा 0 eV होती है अर्थात E∞।

अब मान लीजिए कि हम पदार्थ को बाहरी ऊर्जा (प्रकाश सहित किसी भी तरह से) दे रहे हैं। यह दी गई ऊर्जा पदार्थ में मौजूद परमाणुओं में मौजूद इलेक्ट्रॉनों द्वारा अवशोषित की जाएगी। हालांकि, इलेक्ट्रॉनों को अपनी मर्जी से किसी भी मात्रा में ऊर्जा अवशोषित करने की अनुमति नहीं है। इसका कारण यह है कि, यदि कोई इलेक्ट्रॉन कुछ ऊर्जा अवशोषित करता है, तो उसकी कुल ऊर्जा बदल जाती है। यह अपनी बारी में इस बात का अर्थ है कि इलेक्ट्रॉन अपने मूल ऊर्जा स्तर में रहने की स्थिति में नहीं रह सकता। उदाहरण के लिए, E1 ऊर्जा स्तर में एक इलेक्ट्रॉन 4 eV ऊर्जा अवशोषित करता है। ऐसा करने पर, इलेक्ट्रॉन की कुल ऊर्जा बढ़ जाएगी

इसके कारण वह E1 ऊर्जा स्तर में रहने की स्थिति में नहीं रह सकता, जिसकी ऊर्जा -13.6 eV है। इसके अलावा, वह किसी अन्य स्तर को नहीं देख सकता जिसकी ऊर्जा उसकी ऊर्जा के बराबर हो। इससे वह अपना रास्ता खो बैठता है!

दूसरी ओर, यदि यह इलेक्ट्रॉन 10.2 eV ऊर्जा अवशोषित करता है, तो उसकी बढ़ी हुई ऊर्जा होगी

यह वही ऊर्जा है जो E2 ऊर्जा स्तर द्वारा संपन्न होती है, जिसका अर्थ है कि वह इलेक्ट्रॉन जो पहले E1 में था, अब E2 ऊर्जा स्तर में है। दूसरे शब्दों में, हम कहते हैं कि यह इलेक्ट्रॉन E1 से E2 ऊर्जा स्तर पर परिवर्तन कर गया है, जिससे एक उत्तेजित परमाणु बनता है। हालांकि, इलेक्ट्रॉन इस अस्थिर स्थिति में लंबे समय तक नहीं रह सकता। यह जल्द ही अपनी मूल स्थिति में वापस लौट आएगा जिससे E2 से E1 ऊर्जा स्तर पर परिवर्तन होगा। लेकिन यहाँ एक महत्वपूर्ण बात यह है कि ऐसा करते समय, इलेक्ट्रॉन 10.2 eV (जो अवशोषित ऊर्जा के बराबर है) ऊर्जा का उत्सर्जन विद्युत चुंबकीय तरंगों के रूप में करता है।

उपरोक्त चर्चा से स्पष्ट है कि इलेक्ट्रॉन को केवल विविक्त मात्रा में ऊर्जा अवशोषित (या उत्सर्जित) करने की अनुमति है। इस ऊर्जा की मात्रा वही है जो उन ऊर्जा स्तरों के बीच का अंतर होता है जिनमें परिवर्तन होता है। अगला, चित्र 2 से यह देखा जा सकता है कि ऊर्जा स्तरों के बीच का अंतर E1 से दूर होने पर घटता जाता है अर्थात् …

यह दर्शाता है कि बाहरी आवरणों में मौजूद इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित होने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है जितनी भीतरी आवरणों में मौजूद इलेक्ट्रॉनों को। यह विदित तथ्य के अनुसार है कि नाभिक के निकट मौजूद इलेक्ट्रॉन नाभिक से अधिक दृढ़ बंधे होते हैं जितना उन इलेक्ट्रॉनों को जो नाभिक से दूर होते हैं।परमाणु यह तथ्य उसी प्रकार लागू होता है जब इलेक्ट्रॉन 0 eV ऊर्जा (E∞) के ऊर्जा स्तर पर उत्तेजित होता है, तो वह पूरी तरह से परमाणु के नाभिक के आकर्षण से मुक्त हो जाता है। यही मुक्त इलेक्ट्रॉन धातु जैसे पदार्थों में चालकता के लिए योगदान देते हैं।

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