Energinivåene

Energinivåene er kvantiserte energitilstander i et fysisk system, ofte elektronenes tilstand i atomer. Ifølge kvantemekanikken er elektronene beskrevet av bølgefunksjoner, og tillatte energier må oppfylle løsningen av Schrödinger-ligningen for systemet. Energien kan ikke anta vilkårlige verdier, men finnes i atskilte nivåer. Når atomer absorberer eller avgir fotoner, skjer en overgang mellom nivåer og fotonens energi tilsvarer forskjellen mellom nivåene: ΔE = hν.

I hydrogenlignende atomer er energinivåene avhengige av hovedkvantetallet n: E_n = -13,6 eV / n^2. For fler-elektron-atomer er nivåene mer komplekse og påvirkes av flere kvantetal og elektron-elektron-interaksjoner. Spin-orbit-kobling og andre effekter gir splittinger som kalles fin- og hyperfin struktur.

Overganger mellom energinivåer gir absorpsjon eller emisjon av lys, og danner atom- og molekylespektrene som brukes i kjemisk identifikasjon og studier av materiens struktur. I molekyler deles elektroniske nivåer med vibrasjons- og rotasjonsnivåer, noe som gir komplekse spektra. I faste stoffer danner elektroner energibånd i stedet for isolerte nivåer; båndstruktur bestemmer elektrisk ledningsevne og andre egenskaper.

Energinivåene er et grunnleggende begrep i kvantemekanikken og ligger til grunn for vår forståelse av kjemi, spektralanalyse og materialfysiske egenskaper.