Atomsko energetska ravni

Atomi predstavljajo osnovne gradnike vseh materialov, ki jih poznamo. V teh atomih je centralni del, imenovan jedro (N na Sliki 1), sestavljeno iz protonov in neutronov, okoli katerega se gibljejo delci, imenovani elektroni. Zanimivo je, da vse elektrone, ki sestavljajo razpravljan material, ne gredo po isti poti. To pa tudi ne pomeni, da bi lahko njihove gibanjske poti bile naključne. Vsak elektron določenega atoma ima svojo posvečeno pot, imenovano orbita, po kateri kroži okoli centralnega jedra. Ti orbiti so tisti, ki so označeni kot energetski nivoji atoma.

To je zato, ker vsak od njih obdržuje dodeljeno količino energije, ki je izražena z integralnim večkratnikom enačbe
Kjer je h Planckova konstanta in υ frekvenca.

Slika 2 prikazuje končno energijo, ki jo imajo različni energetski stanja (in s tem tudi vsi elektroni, ki se v njih nahajajo) v elektronvoltih (eV). Iz slike je videti, da se energija elektronov povečuje, čim bolj se oddaljujemo od središča atoma. Na primer, elektron v prvem energetskem stanju (E1) ima energijo -13,6 eV, tisti v drugem (E2) pa ima energijo -3,4 eV itd. S tem se lahko doseže ravni, kjer je energija 0 eV, torej energetski nivo E∞.

Zdaj predpostavimo, da materialu dodajamo zunanjo energijo (ki bi jo lahko dodali na kakršenkoli način, vključno z svetlobno). Ta dodana energija bo absorbirana s strani elektronov, ki se nahajajo v atomih, sestavljenih iz materiala. Elektroni pa ne morejo absorbirati poljubne količine energije, saj bi to pomenilo, da se spremeni njihova skupna energija. To opet pomeni, da elektron ne more ostati v svojem prvotnem energetskem nivoju. Recimo, da elektron v energetskem stanju E1 absorbuje 4 eV energije. Po tem postane skupna energija elektrona
zato ne more več ostati v energetskem nivoju E1, ki ima energijo -13,6 eV. Poleg tega ne najde nobenega drugega nivoja, ki bi imel enako energijo. Torej izgubi svojo pot!

Če ta elektron absorbira 10,2 eV energije, postane njegova povečana energija

To je nič drugega kot energija, ki jo ima nivo E2, kar pomeni, da je elektron, ki je bil prej v E1, zdaj v energetskem nivoju E2. Drugače rečeno, pravimo, da je ta elektron prešel iz nivoja E1 v nivo E2, kar vodi do vzbuženega atoma. Elektron pa ne more dolgo ostati v tem nestabilnem stanju. Bistvo se vrne v svoje prvotno stanje, ko preide iz nivoja E2 v nivo E1. Ključno je, da med tem emitira 10,2 eV energije (to je enaka količina, kot je absorbiral) v obliki elektromagnetnih valov.

Iz predstavljene razprave je očitno, da elektroni lahko absorbirajo (ali enakovredno emitirajo) le kvantizirane količine energije. Količina te energije je nič drugega kot razlika v energijah nivojev, med katerimi prehod nastopa. Nadalje, iz Slike 2 je videti, da ta razlika med energetskimi stanji postaja manjša, čim bolj se oddaljujemo od E1, to je ...

To pomeni, da elektroni v najbolj zunanjih lupinah za vzbuženje potrebujejo manj energije, kot ti, ki so v notranjih lupinah. To je v skladu z znanim dejstvom, da so elektroni, ki so blizu jedra, močno vezani na atome namesto tistih, ki so oddaljeni od njega.
Čeprav smo razložili postopek vzbuževanja, velja isti argument tudi za primer osvoboditve. To je zato, ker lahko predpostavimo, da se elektron, ko se vzbuji do energetskega nivoja z energijo 0 eV (E∞), popolnoma osvobodi od privlačne sile jedra atoma. So to ravno ti prosti elektroni, ki prispeva