Energiataseet

Energiatasot (energiataseet) viittaavat kvantittuneisiin energiatasoihin, joita monien fysikaalisten järjestelmien tilat voivat ottaa. Ne ovat keskeinen käsite atomistisissa, molekylaarisissa ja kiinteässä aineessa tapahtuvassa energiansiirrossa.

Atomaarisessa järjestelmässä elektronit voivat olla vain tietyillä, määritellyillä energioilla. Esimerkiksi yksikertainen hydrogenin kaltaisessa atomissa energian arvoja kuvaa E_n ≈ -13,6 eV / n^2, jossa n on pääkvanttiluku. Monien elektronien tapauksessa tilat jakautuvat lisäkvanttilukujen l, j ja m, ja käytäntöön liittyy useita käytännön ominaisuuksia kuten säteilypäästöt ja spektripalojen rakenteet. Molekyyleissä energiasäikeisiin kuuluvat elektroniset tilat sekä alilohkot, mutta myös vika- ja vääntymistilat (vibrational ja rotational).

Siirtoja energiatasoista tapahtuu säteilyn tai törmäysten kautta: elektronin energia voi muuttua siirtymällä yhdestä tilasta toiseen, jolloin absorboitu tai emitted fotoni vastaa energiaeron suuruutta. Tämä ilmiö on perusta absorptio- ja emmisiokirjoMuon, ja se näkyy spektrinälineinä sekä aineesta riippuvaisina. Siirtymät noudattavat valikoituja sääntöjä (esim. dipolis - Δl = ±1), ja tilojen populaatio määräytyy lämpötilan mukaan Boltzmannin jakauman.

Kiinteissä aineissa usein ei ole diskreettejä elektroni-tiloja vaan muodostuu energia-alueita, ns. vyö- tai ketjutabandat, ja niiden välisiä erot muodostavat band gapin. Tämä selittää johtavuuden ja puolijohteiden käyttäytymisen sekä valon kanssa vuorovaikutuksen. Energiatasot ovat olennaisia spektroskopiassa, valaistus- ja laserteknologiassa sekä materiaalitieteen sovelluksissa.