Atomniveauer

Atomniveauer, eller atomare energiniveauer, er de diskrete energier, som elektroner kan besætte i et atom. De opstår som følge af kvantemekaniske løsninger af Schrödinger-ligningen for elektroner i atomets elektrostatfelt. I atomer med flere elektroner er energiniveauerne organiseret i elektronskaller og underskaller, som karakteriseres af kvantetalene n, l, m_l og spin. Grundtilstanden er den laveste energikonfiguration; exciterede tilstande svarer til højere energier. Overgange mellem niveauer indebærer absorption eller emission af fotoner med energi E = hν, hvilket giver spektrallinjer. Udvælgelsesregler bestemmer tilladte overgange, særligt Δl = ±1 og Δs = 0 for elektriske dipol-overgange i atomer med veldefineret spin.

I hydrogenlignende systemer afhænger energien primært af hovedkvantetallet n, således at E_n ∝ -1/n^2. I atomer med flere elektroner påvirkes energiniveauerne af elektron-elektron-repulsion og kvantedefekter; skallerne opdeles i finstruktur på grund af spin-orbit-kobling, og hyperfine struktur fra kerne-spin. Eksterne felter kan forskyde og opdele niveauer (Stark- og Zeeman-effekter). Spektroskopi af atomovergange giver information om sammensætningen og betingelserne i laboratorier, stjerner og plasmaer. Rydberg-formlen beskriver høj-n-overgange i hydrogen. Mere avancerede teorier og beregningsmetoder modellerer energiniveauer og overgangssandsynligheder, med anvendelser i lasere, belysning og kvanteinformation.

Målinger af linjespektre afslører energiniveauernes afstande, term-symboler sammenfatter orbital- og spin-kvantetal, og udvælgelsesregler bestemmer, hvilke overgange der er observerbare. Forståelsen af atomniveauer ligger til grund for kemi, astrofysik og en række teknologier.