energieverschillen

Energieverschillen is een algemene term voor het verschil in energie tussen twee toestanden of configuraties van een systeem. Het verschil wordt vaak aangeduid met ΔE, waarbij ΔE = E2 − E1. Energieverschillen komen voor in uiteenlopende vakgebieden, zoals de quantummechanica, chemie, thermodynamica en de materialenwetenschap. Ze bepalen welke toestanden energetisch haalbaar zijn en hoe systemen evolueren als ze van de ene toestand naar de andere overgaan.

In de quantummechanica bestaan toestanden vaak uit discrete energieniveaus. Het verschil tussen twee niveaus bepaalt welke transities mogelijk zijn: bij absorptie of emissie van een foton met energie hv = ΔE. Spectroscopie gebruikt deze relatie om energielocaties van toestanden af te leiden. De overgangswaarschijnlijkheid wordt beïnvloed door selectie regels en de degeneratie van niveaus.

In chemie en thermodynamica speelt het energieverschil een centrale rol bij reacties. De enthalpieverandering ΔH geeft het netto energieverschil van het reagerende systeem met de omgeving aan. Ionisatie-energie is de energie die nodig is om een elektron uit een atoom te verwijderen; elektronaffiniteit de energiewinst bij het toevoegen van een elektron. De som van verdelingen volgens Hess' wet levert het totale ΔE van een reactie. Activatie-energie is het minimale extra bedrag aan energie om de reactie te laten lopen.

In vaste stoffen bepalen energetische verschillen tussen valentie- en geleidende band het bandgap, wat invloed heeft op optische en elektronische eigenschappen zoals kleur en geleiding. Excitaties binnen een materiaal en de daaropvolgende radiatieve of non-radiatieve afwikkeling zijn voorbeelden van processen waarbij energieverschillen cruciaal zijn. Meetmethoden zoals calorimetrie en spectroscopie geven inzicht in de grootte en aard van ΔE.