Atomenerginivåer

Atomer er byggesteinene i alle materiale som eksisterer. I disse atomer finnes det et sentralt område kalt kjernen (N i figur 1) som består av protoner og nøytroner, rundt hvilken partikler kalt elektroner beveger seg. Det bør merkes at ikke alle elektronene som utgjør det betrakte materialet, beveger seg langs samme bane. Dette betyr imidlertid ikke at deres baner kan være tilfeldige. Hvert elektron i et spesifikt atom har sin egen dedikerte bane, kalt orbit, langs hvilken det sirkulerer rundt den sentrale kjernen. Det er disse orbitene som refereres til som energinivåer i et atom.

Dette skyldes at hver av dem har en dedikert mengde energi som uttrykkes som et heltallig multiplum av ligningen
der h er Plancks konstant og υ er frekvensen.

Figur 2 viser den endelige energien som ulike energitilstander (og dermed alle elektroner som er til stede i dem) innehar, målt i elektronvolt (eV). Fra figuren kan man se at energien til elektronene øker når man beveger seg vekk fra midten av atomet. For eksempel har et elektron i den første energitilstanden (E1) en energi på -13.6 eV, mens det i den andre (E2) har en energi på -3.4 eV, og så videre. Ved å fortsette slik, kan man nå et nivå hvor energien blir 0 eV, altså energinivået E∞.

La oss nå anta at vi leverer ekstern energi (som kan være på noen måter, inkludert lys) til materialet. Denne leverte energien vil bli absorbert av elektronene i atomen som utgjør materialet. Imidlertid tillates ikke elektronene å absorbere enhver mengde energi de ønsker. Dette skyldes at hvis et elektron absorberer noe energi, så endres dets totale energi. Dette betyr igjen at elektronet ikke lenger kan forbli i sitt opprinnelige energinivå. La oss for eksempel si at et elektron i energitilstanden E1 absorberer 4 eV energi. Ved å gjøre dette, vil den totale energien til elektronet øke til
ved hvilket det ikke lenger kan forbli i energinivået E1 som har en energi på -13.6 eV. Dessuten kan det ikke finne noen annen nivå med en energi som tilsvarer det det har. Dette fører til at det mister spor!

På den andre siden, hvis dette elektronet absorberer 10.2 eV energi, vil dens økte energi være

Dette er ingen annet enn energien som nivået E2 innehar, som betyr at elektronet som tidligere var i E1 nå er i energinivået E2. Med andre ord, sier vi at dette elektronet har gjort en overgang fra nivået E1 til nivået E2 som fører til et opptatt atom. Imidlertid kan elektronet ikke forbli i denne ustabile tilstanden i lang tid. Det vil snart returnere til sin opprinnelige tilstand ved å gjøre en overgang fra nivået E2 til nivået E1. Men et viktig punkt som skal merkes her er faktumet at ved å gjøre dette, sender elektronet ut en energi på 10.2 eV (som er det samme som det absorberte) i form av elektromagnetiske bølger.

Av diskusjonen som er presentert, er det tydelig at elektronene bare tillates å absorbere (eller ekvivalentt sende ut) kvantifiserte mengder energi. Mengden av denne energien er ingen annet enn forskjellen i energiene mellom nivåene der overgangen forekommer. Videre, fra figur 2, ser man at denne forskjellen mellom energitilstandene fortsetter å minke når man beveger seg vekk fra E1 altså ...

Dette betyr at elektronene i de ytterste skallene trenger mindre energi for å bli opptatte enn de som er til stede i de innerste skallene. Dette er i samsvar med den velkjente fakta at elektronene som er nær kjernen, er sterkt bundet til atomet snarere enn de som er til stede unna det.
Selv om vi har forklart prosessen for opptatthet, holder samme argumentasjon også for tilfelle med frigjøring. Dette skyldes at vi kan anta at elektronet, når det blir opptatt til energinivået med en energi på 0 eV (E∞), vil være fullstendig fri fra den attraktive kraften av atomet sitt kjernetyngdepunkt. Det er disse frie elektronene som bidrar til ledning i tilfelle materialer som metaller.

Erklæring: Respekt for originalen, godt artikkel verdt å deles, hvis det er kränkelse kontakt slett.