Ionenniveaus

Ionenniveaus zijn de toegestane energietoestanden waarin de elektronen van een geïoniseerd atoom kunnen voorkomen. In een ion is één of meer elektronen verwijderd, waardoor de elektronconfiguratie verandert en de binding van de overgebleven elektronen aan de kern sterker of zwakker kan zijn. De energieniveaus komen in discrete afstanden voor, en de verschillen daartussen bepalen welke fotonen kunnen worden geabsorbeerd of uitgezonden.

Bij hydrogen-achtige ionen, die maar één elektron bevatten, hangen de energieniveaus af van het hoofdkwantumgetal n en een effectieve lading Z_eff. Bij multi-elektron-ionen ontstaat een complexer patroon door elektron-elektroninteracties, wat leidt tot term-symbolen en fijne structuur door spin-orbit koppeling. De ordening en spacers tussen niveaus kunnen sterk variëren met de lading van het ion en de elektronconfiguratie.

Overgangen tussen niveaus leiden tot absorptie of emissie van fotonen met energie gelijk aan het verschil tussen de niveaus. Dit levert spectrale lijnen op, waarvan sommige deel uitmaken van Rydbergreeksen die convergeren naar de ionisatiegrens. De ionisatie-energie is de minste energie die nodig is om een elektron uit de grondtoestand van het ion te verwijderen naar oneindig; opeenvolgende ionisatie-energieën nemen doorgaans toe bij verhoging van de lading.

Toepassingen van ionenniveaus bevinden zich in spectroscopie, astrochemie en plasmafysica. Door spectra kunnen samenstellingen, temperaturen en dichtheden van verschijningsplaatsen worden vastgesteld, terwijl modellen van elektronische structuur van ionen bijdragen aan natuurkundige inzichten in systemen variërend van sterren tot fusionplasma’s.