Elektronövergångar

Elektronövergångar är processer där elektroner övergår mellan energi-nivåer i atomer, joner eller molekyler. Övergången kan ske genom absorption eller emission av en foton, eller genom andra radiativa eller ickeradiva processer. Den foton som används har energi hν som motsvarar energiskillnaden ΔE = E_f − E_i mellan initial- och slutttillståndet, så att ΔE = hν. Därmed bestäms fotonens våglängd enligt λ = hc/ΔE. I atomer och molekyler uppstår olika typer av övergångar beroende på systemets symmetrier och selektionsregler.

I atomer och joner följer elektronövergångarna framför allt elektriska dipolens selektionsregler. En dipol-aktiv övergång kräver Δl = ±1 och förändring av parity. Övergångar som inte uppfyller reglerna är oftast mycket svagare och kallas förbjudna i dipolmått, men kan förekomma via magnetisk dipol eller elektrisk kvadrupol. I spektra uppträder serier i olika våglängdsområden, till exempel Lyman- och Balmer-serierna i väte, vilka motsvarar övergångar till n = 1 respektive n = 2.

I molekyler är elektronövergångar oftast mellan elektroniska tillstånd och följer Franck-Condon-principen: övergången sker mycket snabbare än kärnornas omvandling, vilket ger vibrational och roterande struktur i spektra. Intensiteten beror på övergångens dipolmoment och på populationsfördelningen i initialtillståndet, vilken påverkas av temperatur och molekylens tillstånd.

Kvantiseringen av övergångssannolikheter beskrivs med Einstein A- och B-koefficienter samt oscillatorstyrka f. Användningar inkluderar spektroskopi, kemisk identifikation, materialforskning och astronomi, där analys av linjespektrum ger information om sammansättning och fysikaliska förhållanden.