energieniveau

Energieniveau is de specifieke hoeveelheid energie die een kwantumsysteem kan bezitten. Bij atomen zijn de elektronen verdeeld over discrete energieniveaus; het laagste niveau heet de grondtoestand en hogere niveaus worden excitatietoestanden genoemd. De energie-verschillen tussen niveaus bepalen welke fotonen een elektron kan absorberen of uitzenden. Daardoor ontstaan absorptie- en emissiespectra die informatie geven over de elektronische structuur van het systeem.

In multi-elektron-atomen zorgen interacties tussen elektronen voor kleine verschuivingen en splitting van niveaus (fine- en hyperfine structuur). Overgangen tussen niveaus vallen vaak onder selectie-regels en kwantumgetallen zoals hoofd-, hoekkoppelings- en spingetal, waardoor slechts bepaalde overgangen toegestaan zijn.

Bij moleculen bestaan naast elektronische niveaus ook vibratie- en rotatieniveaus. Overgangen tussen deze niveaus leiden tot karakteristieke spectroscopische signalen, vooral in het infrarood voor vibraties en in het ultraviolet/ zichtbaar gebied voor elektronische overgangen. De combinatie van elektronische, vibrationale en rotatieniveaus bepaalt de spectra van moleculen.

In vaste stoffen vormen energieniveaus banden in de kristallstructuur, zoals de valentieband en de geleidingsband. De bandkloof (bandgap) bepaalt of een materiaal een isolator, halfgeleider of geleider is en beïnvloedt hoe elektronen kunnen worden aangeslagen. Bij temperatuur, druk en doping kunnen deze banden verschuiven of vullen.

Energetische niveaus worden bestudeerd met spectroscopie, foto-elektrische spectroscopie en andere technieken die de energie- en structuurkenmerken van systemen blootleggen.