Cấp Độ Năng Lượng Nguyên Tử

Nguyên tử là đơn vị cấu tạo của tất cả các vật liệu tồn tại. Trong các nguyên tử, có một phần trung tâm gọi là hạt nhân (N trong Hình 1) bao gồm proton và neutron, xung quanh đó là các hạt gọi là electron. Tiếp theo, cần lưu ý rằng không phải tất cả các electron tạo nên vật liệu được xem xét đều di chuyển cùng một đường. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là các đường di chuyển của chúng có thể ngẫu nhiên. Đó là, mỗi electron của một nguyên tử cụ thể có đường đi riêng, gọi là quỹ đạo, mà nó di chuyển xung quanh hạt nhân trung tâm. Đó chính là những quỹ đạo này được gọi là mức năng lượng của một nguyên tử.

Điều này là vì, mỗi electron sở hữu một lượng năng lượng riêng biệt, được biểu thị dưới dạng bội số nguyên của phương trình
Trong đó h là hằng số Planck và υ là tần số.

Hình 2 cho thấy năng lượng hữu hạn của các trạng thái năng lượng khác nhau (và do đó tất cả các electron hiện diện trong chúng) được đo bằng electron volt (eV). Từ hình vẽ, có thể thấy rằng năng lượng của các electron tăng khi di chuyển xa khỏi trung tâm của nguyên tử. Ví dụ, một electron ở trạng thái năng lượng E1 có năng lượng là -13,6 eV, electron ở trạng thái thứ hai (E2) có năng lượng là -3,4 eV và cứ tiếp tục như vậy. Tiếp tục như vậy, có thể đạt đến mức năng lượng mà năng lượng trở thành 0 eV, tức là mức năng lượng E∞.

Bây giờ giả sử chúng ta cung cấp năng lượng bên ngoài (có thể theo bất kỳ cách nào bao gồm cả ánh sáng) cho vật liệu. Năng lượng cung cấp này sẽ được hấp thụ bởi các electron hiện diện trong các nguyên tử tạo nên vật liệu. Tuy nhiên, các electron không được phép hấp thụ bất kỳ lượng năng lượng nào họ muốn. Điều này là vì, nếu một electron hấp thụ một lượng năng lượng, thì năng lượng tổng cộng của nó thay đổi. Điều này đồng nghĩa với việc electron không thể ở lại mức năng lượng ban đầu của nó. Ví dụ, một electron ở trạng thái năng lượng E1 hấp thụ 4 eV năng lượng. Khi làm như vậy, năng lượng tổng cộng của electron sẽ tăng lên
do đó nó không thể ở lại mức năng lượng E1 có năng lượng là -13,6 eV. Hơn nữa, nó không thể tìm thấy mức năng lượng nào có năng lượng tương đương với năng lượng của nó. Điều này khiến nó mất hướng!

Mặt khác, nếu electron này hấp thụ 10,2 eV năng lượng, thì năng lượng tăng lên của nó sẽ là

Điều này không gì khác hơn là năng lượng mà mức năng lượng E2 sở hữu, nghĩa là electron trước đây ở E1 nay đã ở mức năng lượng E2. Nói cách khác, chúng ta nói rằng electron này đã chuyển từ mức E1 sang mức E2, dẫn đến một nguyên tử bị kích thích. Tuy nhiên, electron không thể ở trong trạng thái không ổn định này lâu. Nó sẽ sớm trở về trạng thái ban đầu bằng cách chuyển từ mức E2 sang mức E1. Nhưng một điểm quan trọng cần lưu ý ở đây là, trong quá trình này, electron phát ra một lượng năng lượng 10,2 eV (tương đương với năng lượng hấp thụ) dưới dạng sóng điện từ.

Từ cuộc thảo luận trên, rõ ràng rằng các electron chỉ được phép hấp thụ (hoặc tương đương, phát ra) các lượng năng lượng lượng tử. Lượng năng lượng này chính là sự khác biệt giữa các mức năng lượng mà chuyển dịch xảy ra. Tiếp theo, từ Hình 2, có thể thấy rằng sự khác biệt giữa các trạng thái năng lượng giảm dần khi di chuyển xa E1, tức là …

Điều này có nghĩa là các electron ở các vỏ ngoài cùng yêu cầu ít năng lượng hơn để được kích thích so với những electron ở các vỏ gần nhất. Điều này phù hợp với sự thực đã biết rằng các electron gần hạt nhân được gắn kết mạnh mẽ với nguyên tử hơn so với những electron ở xa nó.
Mặc dù chúng tôi đã giải thích quá trình kích thích, nhưng lập luận tương tự cũng áp dụng cho trường hợp giải phóng. Điều này là vì, chúng ta có thể giả sử rằng khi electron được kích thích lên mức năng lượng có năng lượng là 0 eV (E∞), nó sẽ hoàn toàn tự do khỏi lực hấp dẫn của hạt nhân nguyên tử. Đó chính là các electron tự do này đóng góp vào quá trình dẫn điện trong trường hợp của các vật liệu như kim loại.

Tuyên bố: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.