Energiatasemed

Energiatasemed on kvantfüüsikas kirjeldatud piiratud süsteemide energiaväärtused, mida iseloomustab energia kvantiseeritus. Aatomites võivad elektronid olla ainult teatud määratud energiatasemetel ning vahe nende vahel määrab, milliseid fotoneid süsteem neelab või eraldab. Energiatasemete vahelised üleminekud juhivad spektroskoopilisi nähtusi ning nende kaudu saab hinnata aatomite ja molekulide struktuuri.

Energiatasemed jagunevad peamiselt elektronilisteks, vibreerimis- ja pöörlemistasemeteks ning nende kombinatsioonideks molekulides. Elektronilised tasemed vastutavad aatomite või ioonide keemiliste omaduste eest; molekulides lisanduvad vibreerimis- ja pöörlemistasemed, mis tulenevad molekulide ainetest ja nende korrapärasest liikumisest. Kristallsetes ainetes võivad energiad vastavalt struktuurile pakkuda kontsentreeritud olekuid ja laialdasi energiaväljundeid, mis väljenduvad energia tasandite ja bandide kujul.

Transitsioonid toimuvad, kui süsteem liigub ühest tasemest teise, neeldudes või eraldades fotoni. Energiasumma muutus on ΔE = hν, kus h on Plancki konstant ja ν on kiiruse sagedus. Aatomite puhul kehtivad lisaks valikudreeglid (näiteks Δl = ±1); molekulide puhul lisanduvad vibro- ja rotatsioonilisi üleminekuid kirjeldavad muud reeglid.

Populatsioonid tasemete vahel sõltuvad temperatuurist Boltzmanni jaotuse alusel; tasemete degeneratsioon ning partition function määravad, kui suure osa süsteemist leiab end teatud tasemel. Energiataseme mõistmine on oluline spektroskoopia, lasersüsteemide, atomikellade ja pooljuht-tehnoloogia jaoks.

Energiatasemed on põhiline mõiste keemias, füüsikas ja materjalitehnoloogias, kus kvantiseeritus määrab reaktsioonide käigu, spektrid ja rakendused.

---