Енергетичний рівень

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Енергетичний рівень — дозволене значення енергії в квантовій механіці. Сукупність енергетичних рівнів називають енергетичним спектром. Математично енергетичний рівень є власним значенням оператора енергії — гамільтоніана. Кожен енергетичний рівень відповідає одному або кільком стаціонарним станам квантової системи. У випадку, коли таких станів кілька, енергетичний рівень називають виродженим (дублетним, триплетним тощо, в залежності від того, скільки станів мають однакову енергію).

Поняття застосовне до атомів (електронний рівень), молекул (різні рівні, що відповідають коливанням і обертанням — коливальний і обертальний рівень), атомних ядер (внутрішньоядерні енергетичні рівні) тощо.

Енергетичний спектр може бути дискретним або неперервним. Дискретний спектр виникає у разі локалізованих станів. Значення енергії у проміжках між дискретними рівнями не відповідають жодному стаціонарному стану квантової системи, а отже є забороненими.

Прикладом дискретного спектру є атомний спектр, що відповідає можливим переходам між енергетичними рівнями електронів у атомі.

Всі квантові стани з енергетичним рівнем, що перевищує енергію основного стану квантової системи, описують як збуджені стани.

Електронні енергетичні рівні[ред. | ред. код]

У сучасному понятті про орбітальну модель атома, електрони в атомі здатні мати лише певні величини енергії, і переходити з одного енергетичного рівня на інший лише стрибком. Різниця між енергетичними рівнями визначає частоту кванта світла, що виділяється або поглинається під час переходу. Кожній парі значень головного квантового числа n і орбітального квантового числа l відповідає певний рівень енергії, яку може мати електрон.

Головні енергетичні рівні атома — це сукупності атомних орбіталей, що мають однакові значення головного квантового числа. Число таких енергетичних рівнів у атомі дорівнює номеру періоду, в якому розташований відповідний хімічний елемент. Наприклад, калій — елемент четвертого періоду, отже, його атом має 4 основних енергетичних рівні (n = 4).

Кожен головний енергетичний рівень в атомі розщеплений на підрівні (s-, p-, d-, f-, g-орбіталі), відповідні змінам орбітального квантового числа. У достатньо сильних магнітних полях можна виявити розщеплення цих підрівнів на окремі стани, відповідні різним значенням магнітного квантового числа.

Внутрішньоядерні енергетичні рівні[ред. | ред. код]

Термін з'явився завдяки дослідженню радіоактивності. Радіаційне випромінювання розділяється на три частини: альфа-промені, бета-промені і гамма-промені. Дослідження показали, що альфа-випромінювання складається з ядер гелію-4 (див. альфа-частинка), бета-випромінювання є потоком швидко рухомих електронів, а гамма-промені — це вид електромагнітного випромінювання (фотони). Оскільки енергії переходів між різними електронними рівнями недостатньо для виникнення гамма-променів, стало зрозуміло, що їх джерело потрібно шукати всередині атомного ядра: ядро атома саме може мати різні енергетичні рівні, при переходах між якими й відбувається випромінювання гамма-квантів. Гамма-промені розширили спектр відомих електромагнітних хвиль, і всі хвилі, коротші від 10−3 нм, називають гамма-променями.

Джерела[ред. | ред. код]