موسوعة الكيمياء : مستوى الطاقة

مستوى الطاقة

مستوى الطاقة  في الفيزياءالذرية والفيزياء الجزيئية وكيمياء الكم هي كمة من الطاقة لحالة ترابط بين جيسمين في ميكانيكا الكم مثل حالة الإلكترون المرتبط بالذرة ويدور حول النواة. ويتم استخدام المصطلح غلاف الطاقة كمرجع للتوزيع الإلكتروني في الذرة أو الجزيء. وطبقا لنظرية الكم فإن الإلكترون يوجد فقط في حالات كمومية " مدارات " معينة أو أغلفة ذات طاقة معينة. هذا يعنى أن طاقة الإلكترون في الذرة أو في الجزيئ تكون في شكل كمات (اقرأ الطيف و هزاز توافقي لمزيد من التفاصيل). وطبقا لتعريفات طاقة الوضع التقليدية، فإن طاقة الوضع تساوى صفر عند اللا نهاية، مما يؤدى لوجود طاقة وضع سالبة لحالة ترابط الإلكترون في الذرة.

وتبلغ طاقة الارتباط للإلكترون في ذرة الهيدروجين 6و13 إلكترون فولت.

وبصفة عامة ، فإن حالة الطاقة الجزيئية ، أى حالة إيجن للهاملتونية الجزيئية هى ناتج للمكونات الإلكترونية ، واللإهتزازية ، والدورانية :

حيث Eelectronic هى قيمة متجه إيجن للهاملتونية الجزيئية الإلكترونية ( قيمة طاقة وضع السطح فى حالة الإتزان فى هندسة الجزيء .

ويتم تسمية أغلفة الطاقة الجزيئية طبقا مصطلحات الرموز الجزيئية .

والطاقة المحددة لهذه المكونات تتغير مع طاقة الحالة (المدار ) والمادة

التفاعلات التى تحدد طاقة إلكترون مرتبط فى ذرة مفردة

بفرض أن هناك إلكترون فى مدار ذري . طاقة حالته تكون غالبا محددة بقوى الجذب الكهرستاتيكية بين شحنة الإلكترون السالبة و شحنة النواة الموجبة ، ويمكن حسابها باستخدام عدد الكم الرئيسي n .

وعموما فإن هناك تفاعلات عديدة تؤدى لتغييرات بسيطة لمستوى الطاقة ، والتى يمكن حسابها عن طريق أعداد الكم الإلكترونية الأخرى ، l, ml, ms . وعند وصف الدالة الموجية للإلكترون بدقة أكثر ،’ يؤدى ذلك إلى إنقسام مستويات الطاقة وبالتالي تنحى فكرة إنحلال مستويات الطاقة.

القائمة التالية تعطى فكرة عامة لأهم التصحيحات لمستويات الطاقة.

حالة مدار مستوى الطاقة

مستوى الطاقة ينشأ من تفاعل القوى الكهرستاتيكية بين الإلكترون وشحنة نواة الذرة الموجبة ، ومن الطاقة الناشئة العزم الزاوي للإلكترون ( حركية ، مغناطيسية )

قيمتها النمطية 10...103 إلكترون فولت .

التفاعل الكهرستاتيكي بين الإلكترون والإلكترونات الأخرى

لو أن هناك أكثر من إلكترون حول النواة ، فإن التفاعل بين الإلكترونات وبعضها يؤدى لزيادة مستوى الطاقة . وغالبا ما يتم تجاهل هذه التفاعلات لو أن التداخل فى الفضاء لدالة الإلكترون الموجية قليل .

ظاهرة زيمان

عزم المدار الزاوي للإلكترون المقابل للعزم المغناطيسي ، يتفاعل مع المجال المغناطيسي الخارجى ( تفاعل كهرمغناطيسي) .

وتكون طاقة التفاعل : U = − μB with μ = qL / 2m

ظاهرة زيمان عند الإخذ فى الإعتبار اللف

وهنا يتم الأخذ فى الإعتبار كل من العزم ثنائي القطب الناتج من العزم الزاوي للمدار والعزم المغناطيسي الناتج من لف الإلكترون .

وتبعا للتأيد النسبي للتأثيرات ( معادلة ديراك ) ، فإن العزم الزاوي الناتج من لف الإلكترون μ = − μBgs حيث g معامل الجيرو-مغناطيسية (ويكون تقريبا 2). μ = μl + gμs وعلى هذا تصبح طاقة التفاعل UB = − μB = μBB(ml + gms).