Atomi energiaszintek
Atommok az összes létező anyag építőkövei. Ezekben az atomokban van egy középső rész, a mag (N a 1. ábrán), amely protonokból és neutronokból áll, körülötte pedig az elektronok forognak. Fontos megjegyezni, hogy nem minden elektron ugyanazt az utat követi a szóban forgó anyagban. Ugyanakkor ez sem jelenti azt, hogy a forogási utak tetszőlegesek. Tehát minden elektron egy adott atomnál saját dedikált útja van, amihez orbit néven hivatkoznak, és amely mentén körbefordul a központi mag körül. Ezek az orbiták az atom energia-szintjeinek felelnek meg.
Ez azért van, mert mindegyiküknek van egy dedikált mennyiségű energiája, amely egész számú többszörös formában fejezhető ki a következő egyenlettel:
Ahol h a Planck-állandó, és υ a frekvencia.
A 2. ábra a különböző energiaállapotok (és így az ott jelenlévő elektronok) által birtokolt véges energiát elektromos voltban (eV) mutatja. Az ábráról látható, hogy az elektronok energiája növekszik, ahogy távolodnak az atom központjától. Például, az E1 energiállapotban lévő elektron -13,6 eV energiával rendelkezik, az E2-ben lévő pedig -3,4 eV-vel, és így tovább. Folytatva, elérhetünk egy olyan szintet, ahol az energia 0 eV, azaz az E∞ energiaszint.
Most tegyük fel, hogy külső energiát (bármilyen módon, beleértve a fényt is) szolgáltatunk a anyagnak. Ez a beszolgált energiát az elektronok fogadják el, amelyek az anyagot alkotó atomokban találhatók. Azonban az elektronok nem vehetnek fel bármilyen mennyiségű energiát, ahogy csak akarják. Azért, mert ha egy elektron valamennyi energiát felvesz, akkor a netto energiája megváltozik. Ez alatt azt értjük, hogy az elektron már nem maradhat eredeti energiaszintjén. Például, ha egy E1 energiállapotban lévő elektron 4 eV energiát vesz fel, akkor a netto energiája növekszik a következőre:
ami miatt már nem maradhat az E1 energiaszinten, amelynek energiája -13,6 eV. Továbbá, nem talál másik szintet, amelynek energiája megegyezne azzal, amit most birtokol. Ezért elveszíti nyomon követését!
Másrészről, ha ez az elektron 10,2 eV energiát vesz fel, akkor a növekedett energiája a következő lesz:
Ez nem más, mint az E2 szint által birtokolt energia, ami azt jelenti, hogy az E1-ben korábban lévő elektron most az E2 energiaszinten található. Más szavakkal, azt mondjuk, hogy ez az elektron áttért az E1 szintről az E2 szintre, ami egy izgatott atomhoz vezet. Azonban az elektron nem maradhat hosszú ideig ebben a stabil állapotban. Hamarosan vissza tér eredeti állapotába, áttérve az E2 szintről az E1 szintre. De itt fontos megjegyezni, hogy ezt a folyamat során az elektron 10,2 eV energiát (ugyanaz, mint amit felvette) sugárformában ad le.
A bemutatott vitából világos, hogy az elektronok csak kvantált mennyiségű energiát vehetnek fel (vagy ekvivalensen, adhatnak le). Ez az energia mennyisége nem más, mint a transzzió közötti szintek energiái közötti különbség. Továbbá, a 2. ábráról látható, hogy az energiaállapotok közötti különbség csökken, ahogy távolodunk az E1-től, azaz …
Ez azt jelenti, hogy a legkülső rétegekben lévő elektronok kevesebb energiát igényelnek, hogy izgalomba kerüljenek, mint azok, amelyek a legbelső rétegekben találhatók. Ez megfelel a jól ismert ténynek, hogy a mag közvetlenül közelében lévő elektronok erősen kötődnek az atomokhoz, mint azok, amelyek távolabban vannak tőle.
Bár az izgatottság folyamatát magyaráztuk, ugyanez a gondolatmenet érvényes a szabadulás esetén is. Mivel feltételezhetjük, hogy az elektron, amikor 0 eV energiájú (E∞) energiaszintre izgalomba kerül, teljesen szabad lesz az atom magának vonzó erejétől. Ezek a szabad elektronok hozzájárulnak a konduktióhoz, például a fémek esetében.
Kijelentés: Tiszteletben tartsa az eredeti, jó cikkeket, amiket megéri megosztani, ha sérül a szerzői jog, lépjen kapcsolatba a törlésért.
