atomnivåer

Atomnivåer är de diskreta energinivåer som elektronerna i atomer kan befinna sig i. Dessa nivåer uppstår ur kvantiseringen av elektronernas rörelse i kärnans elektromagnetiska fält. I en ideal väteatom kan energi-nivåerna i princip beskrivas som beroende endast av huvudkvantnumret n, medan fler eletron i atomer påverkar varandras ömsesidiga repulsion och kärnans skärmning. Det leder till att energinivåerna delas upp i skal och subskal (till exempel s-, p-, d-, f-skal) som betecknas av n och l, och att deras ordning inte alltid följer en enkel n-beräkning.

I fler-elektronatomer är energierna därmed mer komplexa än i väteatomerna. Elektronskikten uppkommer av kombinationen av kärnans attraktionskraft och elektron-elektroninteraktioner, samt effekter som skärmning och spin-orbit-samhörighet. Detta ger upphov till finare uppdelningar (fine structure) och ibland variationer mellan liknande energinivåer i olika atomer.

Övergångar mellan atomnivåer sker när elektroner hoppar mellan nivåer och antingen absorberar eller emitterar fotoner som har energi lika med skillnaden mellan nivåerna (E = hν). Sådana övergångar ger spektra där särskilda våglängder observeras. I vätespektrumet märks serier som Lyman och Balmer. Reglerna för vilka övergångar som är möjliga kallas ofta för utvalda regler, såsom Δl = ±1 och, för vissa typer av övergångar, Δs=0, med ytterligare små korrigeringar för spin och relativistiska effekter.

Atomnivåerna är centrala för kvantkemi, spektroskopi och materialvetenskap, där energiskillnaderna mellan nivåer används för att identifiera ämnen och studera deras struktur.