Energetická úroveň

Atomy

Vnitřní energetické hladiny

Energetická hladina orbitálního stavu

Předpokládejte elektron v daném atomovém orbitalu. Energie jeho stavu je dána především elektrostatickou interakcí (záporného) elektronu s (kladným) jádrem. Energetické hladiny elektronu v okolí jádra jsou dány vztahem :

E n = - h c R ∞ Z n 2{\displaystyle2 E_{n}=-hcR_{\infty }{\frac {Z^{2}}{n^{2}}}}\ } ,

kde R ∞ {\displaystyle R_{\infty }\ } je Rydbergova konstanta (obvykle mezi 1 eV a 10³ eV), Z je náboj jádra atomu, n {\displaystyle n\ } je hlavní kvantové číslo, e je náboj elektronu, h {\displaystyle h} je Planckova konstanta a c je rychlost světla.

Rydbergovy hladiny závisí pouze na hlavním kvantovém čísle n {\displaystyle n\ } .

Rozdělení jemné struktury

Jemná struktura vzniká v důsledku relativistických korekcí kinetické energie, spin-orbitální vazby (elektrodynamická interakce mezi spinem a pohybem elektronu a elektrickým polem jádra) a Darwinova členu (kontaktní člen interakce elektronů s-obalu uvnitř jádra). Typická velikost10 - 3{\displaystyle 10^{-3}} eV.

Hyperjemná struktura

Spin-jaderná-spinová vazba (viz hyperjemná struktura). Typická velikost10 - 4{\displaystyle 10^{-4}} eV.

Elektrostatická interakce elektronu s jinými elektrony

Pokud je kolem atomu více než jeden elektron, interakce elektron-elektron zvyšují energetickou hladinu. Tyto interakce se často zanedbávají, pokud je prostorový překryv vlnových funkcí elektronů malý.

Energetické hladiny způsobené vnějšími poli

Zeemanův jev

Interakční energie je: U = - μ B {\displaystyle U=-\mu B} s μ = q L / m2 {\displaystyle \mu =qL/2m}.

Zeemanův jev zohledňující spin

Přitom se zohledňuje jak magnetický dipólový moment způsobený orbitálním úhlovým momentem hybnosti, tak magnetický moment hybnosti vyplývající ze spinu elektronu.

V důsledku relativistických efektů (Diracova rovnice) je magnetický moment vyplývající ze spinu elektronu μ = - μ B g s {\displaystyle \mu =-\mu _{B}gs} s g {\displaystyle g} gyromagnetickým faktorem (přibližně 2). μ = μ l + g μ s {\displaystyle \mu =\mu _{l}+g\mu _{s}}. Interakční energie tedy dostává U B = - μ B = μ B B ( m l + g m s ) {\displaystyle U_{B}=-\mu B=\mu _{B}B(m_{l}+gm_{s})} .

Stark efekt

Interakce s vnějším elektrickým polem (viz Starkův jev).

Molekuly

Zhruba řečeno, molekulární energetický stav, tj. vlastní stav molekulárního hamiltoniánu, je součtem elektronické, vibrační, rotační, jaderné a translační složky, takže:

E = E e l e k t r o n i c k á + E v i b r a t i o n á l n í + E r o t a t i o n á l n í + E n u k l e á r n í + E t r a n s l a t i o n á l n í {\displaystyle E=E_{\mathrm {electronic} }+E_{\mathrm {vibrační} }+E_{\mathrm {rotační} }+E_{\mathrm {jaderný} }+E_{\mathrm {translační} }\,}

kde E e l e k t r o n i c {\displaystyle E_{\mathrm {electronic} }} je vlastní hodnota elektronického molekulového hamiltoniánu (hodnota povrchu potenciální energie) při rovnovážné geometrii molekuly.

Molekulární energetické hladiny jsou označeny symboly molekulárních členů.

Specifické energie těchto složek se liší podle konkrétního energetického stavu a látky.

V molekulové fyzice a kvantové chemii je energetická hladina kvantovaná energie vázaného kvantově mechanického stavu.

Krystalické materiály

Krystalické materiály se často vyznačují několika důležitými energetickými hladinami. Mezi nejdůležitější patří horní část valenčního pásu, spodní část vodivostního pásu, Fermiho energie, vakuová hladina a energetické hladiny případných defektních stavů v krystalech.

Související stránky

• Elektronová konfigurace
• Výpočetní chemie
• Spektroskopie