معاً^[1] أو مستوى الطاقة في الفيزياء الذرية ، والفيزياء الجزيئية ، وكيمياء الكم ، فهي مدارات خيالية لحالة الترابط بين جسيمين في ميكانيكا الكم مثل حالة الإلكترون المرتبط بالذرة ويدور حول النواة. يستخدم مصطلح غلاف الطاقة كمرجع للتكوين الإلكتروني في ذرة أو جزيء. وفقًا لنظرية الكم ، يوجد الإلكترون فقط في حالات كمومية معينة (مدارات) ، أو أصداف ، لطاقة معينة. هذا يعني أن طاقة الإلكترون في ذرة أو في جزيء تكون في شكل كوانتا (اقرأ اهتزاز الطيف والتناسق لمزيد من التفاصيل). وفقًا للتعريفات التقليدية للطاقة الكامنة ، فإن الطاقة الكامنة تساوي صفرًا عند اللانهاية ، مما يؤدي إلى طاقة كامنة سالبة لحالة ارتباط الإلكترون في الذرة.

طاقة الارتباط للإلكترون في ذرة الهيدروجين هي 13.6 إلكترون فولت.

مستوى طاقة الإلكترون في الذرة[عدل]

افترض أن هناك إلكترونًا في مدار حول الذرة. يتم تحديد طاقتها بشكل أساسي على أساس التجاذب الكهروستاتيكي بينها وبين النواة الموجبة الشحنة. في هذه الحالة ، تتبع طاقة الإلكترون العلاقة التالية:

$\ displaystyle E_ n = – hcR _ \ infty \ frac Z ^ 2 n ^ 2 \$

أين

$\ displaystyle R _ \ infty \$

ثابت Rydberg هو 7 و 13 إلكترون فولت لذرة الهيدروجين ، وهذا الثابت يختلف لعناصر مختلفة من 1 إلكترون فولت إلى 103 إلكترون فولت (eV).

العدد الذري Z

و n هو رقم الكم الرئيسي

و h هو ثابت بلانك

و c هي سرعة الضوء في الفراغ.

عادة ما تحتل الإلكترون مستوى الطاقة الدولة القاعية. على سبيل المثال ، في النموذج الموضح ، تسمى الحالة n = 1 والحالة السفلية أحيانًا n = 1 ارض الدولة حيث لا يمكن أن تكون طاقة الإلكترون أقل منها. قد ترتفع طاقة الإلكترون عن طريق الإثارة من الخارج واكتساب الطاقة التي ترفعها إلى الغلاف n = 2. تسمى هذه الحالة بالحالة المثارة وتعني أن الإلكترون متحمس وبالتالي تكون الذرة في حالة الإثارة. يبقى الإلكترون في حالة إثارة لفترة قصيرة من الزمن ، حيث يفضل أن يسقط في مدار الأرض حتى تستقر الذرة. ويمكنه القيام بذلك عن طريق إصدار الطاقة التي اكتسبها من قبل ، والتي رفعته من مداره n = 1 إلى n = 2 shell. أي أن فوتون الضوء الذي يطلقه الإلكترون عندما يعود إلى المدار n = 1 هو الفرق بين الطاقة الكمومية للغلاف 2 والطاقة الكمومية للغلاف 1. لذلك ، فإن طاقة الفوتون المنبعث هي أيضًا كمية ، أي أنه يتم تحديده من خلال فرق الطاقة في المدارين. يظهر هذا في الشكل أعلاه ، حيث ينبعث فوتون أو شعاع ضوئي بتردد معين من الذرة.

يمكن أن تتفكك مستويات الطاقة ، إذا تم الوصول إلى نفس مستوى الطاقة في أكثر من حالة كمومية في ميكانيكا الكم. يطلق عليهم مستويات الطاقة الممزقة ، ويظهر هذا الانهيار أيضًا في انشقاق أو انقسام الخطوط الطيفية للعنصر عند تطبيق مجال مغناطيسي خارجي على ذرات العنصر. تُعرف هذه الظاهرة باسم تأثير زيمان. يمكننا أيضًا أن نرى هذا الانقسام لمستويات طاقة الإلكترون في الذرة عن طريق تطبيق مجال كهربائي على العنصر. نجد أن خطوط الطيف الخاصة بالعنصر مقسمة أيضًا ، وتعرف هذه الظاهرة بتأثير Chark.

حالة الجزيء[عدل]

في حالة الطاقة الجزيئيةيوجد الجزيء أيضًا في حالة طاقة جوهرية كمومية يمكن وصفها وفقًا لمعادلة هاملتون للجزيء. ينتج عن عدة حالات لطاقة الجزيء: جزء منه يعطي طاقة حركة الإلكترون في الجزيء ، والجزء الثاني يرجع إلى حركة اهتزاز الذرات في الجزيء ، والجزء الثالث مستحق لحركة دوران الجزيء حول أحد محاوره المتماثلة. يمكن وصف حالة الطاقة الكلية للجزيء بالمعادلة التالية (طاقة الإلكترونات ، طاقة الذبذبات في الجزيء ، والطاقة الدورانية للجزيء):

$\ displaystyle E = E _ \ mathrm electronic + E _ \ mathrm الاهتزازي + ​​E _ \ mathrm rotational \،$

أين

$\ displaystyle E _ \ mathrm electronic$

هي قيمة المتجه Eigen للجزيئي الإلكتروني Hamiltonian.

تمت تسمية قذائف الطاقة الجزيئية من حيث الرموز الجزيئية.

تعتمد الطاقة المحددة للمركب على مستوى طاقة المدار وعلى نوع المادة.

التفاعلات التي تحدد طاقة الإلكترون المرتبط بذرة واحدة[عدل]

افترض أن هناك إلكترونًا في مدار ذري. غالبًا ما تكون طاقة الحالة محدودة بسبب التجاذب الكهروستاتيكي بين الشحنة السالبة للإلكترون والشحنة الموجبة للنواة ، ويمكن حسابها باستخدام رقم الكم الأساسي ن.

بشكل عام ، هناك العديد من التفاعلات التي تؤدي إلى تغييرات بسيطة في مستوى الطاقة ، والتي يمكن حسابها عن طريق أرقام الكم الإلكترونية الأخرى ،

$\ displaystyle l$

و

$\ displaystyle m_ l$

و

$\ displaystyle m_ s$

. عند وصف الدالة الموجية للإلكترون بشكل أكثر دقة ، فإن هذا يؤدي إلى ينقسم مستويات الطاقة وبالتالي يتم تجاهل فكرة تحلل مستويات الطاقة.

تعطي القائمة التالية فكرة عامة عن أهم التعديلات على مستويات الطاقة.

حالة مدار مستوى الطاقة[عدل]

ينشأ مستوى الطاقة من تفاعل القوى الكهروستاتيكية بين الإلكترون والشحنة الموجبة لنواة الذرة ، ومن الطاقة الناشئة عن العزم الزاوي للإلكترون (حركي ، مغناطيسي)

القيمة النموذجية

${\ displaystyle 10 … 10 ^ {3))$

إلكترون فولت.

التفاعل الكهروستاتيكي بين الإلكترون والإلكترونات الأخرى[عدل]

إذا كان هناك أكثر من إلكترون واحد حول النواة ، فإن التفاعل بين الإلكترونات وبعضها الآخر يؤدي إلى زيادة مستوى الطاقة. غالبًا ما يتم تجاهل هذه التفاعلات إذا كان التداخل في مساحة دالة الموجة الإلكترونية صغيرًا.

تأثير زيمان[عدل]

شاهد المقال الرئيسي: تأثير زيمان

تتفاعل العزم المداري الزاوي للإلكترون المقابل للعزم المغناطيسي مع المجال المغناطيسي الخارجي (التفاعل الكهرومغناطيسي).

وطاقة التفاعل هي:

$\ displaystyle U = – \ mu B$

أين

$\ displaystyle \ mu = qL / 2m$

تأثير زيمان عند النظر في دوران الإلكترون[عدل]

هنا يتم أخذ كل من العزم ثنائي القطب بسبب العزم الزاوي المداري والعزم المغناطيسي بسبب دوران الإلكترون في الاعتبار.

وفقًا لتأثيرات نظرية النسبية في (معادلة ديراك) ، فإن العزم الزاوي الناتج عن دوران الإلكترون الزاوي

$\ displaystyle \ mu = – \ mu _ B gs$

أين

$\ displaystyle g$

معامل الدوران المغناطيسي (وهو 2 تقريبًا).

$\ displaystyle \ mu = \ mu _ l + g \ mu _ s$

وبالتالي ، تصبح طاقة التفاعل

$\ displaystyle U_ B = – \ mu B = \ mu _ B B (m_ l + gm_ s)$

.

فصل التكوين الدقيق[عدل]

تأثير الدوران المداري (اقرأ ثابت البناء الدقيق). وقيمته النموذجية

${\ displaystyle 10 ^ {- 3))$

إلكترون فولت.

تركيب دقيق للغاية[عدل]

الاقتران بين الدوران النووي (انظر الهيكل فائق الدقة) وقيمته المعيارية

${\ displaystyle 10 ^ {- 4))$

إلكترون فولت.

تأثير ستارك[عدل]

التفاعل مع مجال كهربائي خارجي (اقرأ تأثير ستارك)

أنظر أيضا[عدل]

• تأثير زيمان
• حبوب ذرة
• مدار الجسيمات
• توزيع الحروف
• الكيمياء الحسابية
• شبح
• المضخة الكهروضوئية
• الليزر

المرجعي[عدل]

• بوابة الكيمياء الفيزيائية
• بوابة ميكانيكا الكم
• بوابة الكيمياء
• بوابة الفيزياء

تم الاسترجاع من «https://en.wikipedia.org/w/index.php؟title=power_level&oldid=60105769»