Energinivåer

Energinivåer är de diskreta energitillstånd som ett kvantmekaniskt system kan anta. Begreppet används inom fysik och kemi för att beskriva hur elektroner och andra kvantpartiklar fördelas över olika tillstånd i atomer, molekyler och kristaller. Övergångar mellan nivåer sker ofta genom absorption eller emission av fotoner, där fotonens energi motsvarar skillnaden mellan de två nivåerna.

I atomer är elektronernas energinivåer i grunden diskreta. I enkla, väteliknande system beror energierna enbart på huvudkvantetalet n, men i fler-elektron-atomer påverkas de även av l och spinn, vilket leder till uppdelning av nivåer. Övergångar mellan nivåer ger spektra med linjer, och ionisationsenergin är mängden energi som krävs för att helt ta bort en elektron.

I molekyler finns elektroniska nivåer inom varje elektroniskt tillstånd, och varje sådant tillstånd har vibrationala och rotationella nivåer. Dessa undernivåer ger spektra i UV–Vis och IR, där övergångarnas intensitet och möjlighet styrs av Franck-Condon-principen.

I fasta ämnen bildas energinivåer inte längre som isolerade linjer utan som band i en periodisk struktur. Bandgapet mellan valensbandet och ledningsbandet avgör om materialet är isolator, halvledare eller metall. Energinivåer och övergångar används inom spektroskopi, kemi, astronomi och teknik som lasrar och sensorer.