مستوى طاقة
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
مستوى الطاقة في الفيزياءالذرية و الفيزياء الجزيئية وكيمياء الكم هى كمة من الطاقة لحالة ترابط بين جيسمين في ميكانيكا الكم مثل حالة الإلكترون المرتبط بالذرة ويدور حول النواة . ويتم استخدام المصطلح غلاف الطاقة كمرجع للتوزيع الإلكتروني في الذرة أو الجزيء . وطبقا لنظرية الكم فإن الإلكترون يوجد فقط في حالات كمومية " مدارات " معينة أو أغلفة من المدارات ذات طاقة معينة . أى أن هذا يعنى أن طاقة الإلكترون في الذرة أو في الجزيئ تكون في شكل كمات ( شاهد الطيف لمزيد من التفاصيل ) . وطبقا لتعريفات طاقة الوضع التقليدية ، فإن طاقة الوضع تساوى صفر عند اللا نهاية ، مما يؤدى لوجود طاقة وضع سالبة لحالة ترابط الإلكترون عند ارتباطه بالذرة.
مستوي طاقة الإلكترون في مدار الذرة:
نفترض وجود إلكترونا في مدار حول الذرة . فتحدد طاقته بصفة رئيسية على أساس قوة التجاذب الكهروستاتيكي بينه وبين النواة الموجبة الشحنة . فتتبع طاقة الإلكترون في هذه الحالة العلاقة التالية:
حيث 
ثابت رايدبرج Rydberg constant ومقداره 7و13 إلكترون فولت بالنسبة لذرة الهيدروجين ، ويختلف هذا الثابت باختلاف العناصر بين 1 إلكترون فولت إلى 103 إلكترون فولت ( eV).
والعدد الذري Z
و n عدد الكم الرئيسي
و h ثابت بلانك
و c سرعة الضوء في الفراغ .
ويقال على مستويات الطاقة أنها تنحل degenerate أي تفترق قليلا عن بعضها ، لو أن نفس مستوى الطاقة تم الوصول إليه بأكثر من حالة كم في ميكانيكا الكم . وتسمي مستويات طاقة منحلة ، ويظهر في الطيف ذلك عند تسليط مجال مغناطيسي خارجي علي الذرة ، كما يحدث في تأثير زيمان .
كان هذا بالنسبة للذرة ، فما الحال بالنسبة للجزئ المكون من ارتباط عدة ذرات ?
في حالة الطاقة الجزيئية ، يوجد الجزيئ في حالة طاقة ذاتية كمومية أيضا تمكن وصفها طبقا لمعادلات لهاملتونية الجزيئية وهى تنتج عن مراعاة عدة حالات من الطاقة الجزيئ : جزء منه يعطي طاقة الإلكترون في الجزيئ ، وجزء ثان من الطاقة يرجع إلي إهتزاز الذرات في الجزيئ ، وجزء ثالث يأخذ دوران الجزيء حول محوره . ويمكن وصف حالة طاقة الجزيئ بالمعادلة الآتية ( للمكونات الإلكترونية ، واللإهتزازية ، والدورانية) :
حيث Eelectronic هى قيمة متجه إيجن للهاملتونية الجزيئية الإلكترونية ( قيمة طاقة وضع السطح في حالة الإتزان في هندسة الجزيء .
ويتم تسمية أغلفة الطاقة الجزيئية طبقا مصطلحات الرموز الجزيئية .
والطاقة المحددة لهذه المكونات تتغير مع طاقة الحالة (المدار ) والمادة .
محتويات |
[عدل] التفاعلات التى تحدد طاقة إلكترون مرتبط في ذرة مفردة
بفرض أن هناك إلكترون في مدار ذري . طاقة حالته تكون غالبا محددة بقوى الجذب الكهرستاتيكية بين شحنة الإلكترون السالبة و شحنة النواة الموجبة ، ويمكن حسابها باستخدام عدد الكم الرئيسي n .
وعموما فإن هناك تفاعلات عديدة تؤدى لتغييرات بسيطة لمستوى الطاقة ، والتى يمكن حسابها عن طريق أعداد الكم الإلكترونية الأخرى ، l, ml, ms . وعند وصف الدالة الموجية للإلكترون بدقة أكثر ،’ يؤدى ذلك إلى إنقسام مستويات الطاقة وبالتالي تنحى فكرة إنحلال مستويات الطاقة.
القائمة التالية تعطى فكرة عامة لأهم التعديلات لمستويات الطاقة.
[عدل] حالة مدار مستوى الطاقة
مستوى الطاقة ينشأ من تفاعل القوى الكهرستاتيكية بين الإلكترون وشحنة نواة الذرة الموجبة ، ومن الطاقة الناشئة عن العزم الزاوي للإلكترون ( حركية ، مغناطيسية )
قيمتها النمطية 10...103 إلكترون فولت .
[عدل] التفاعل الكهرستاتيكي بين الإلكترون والإلكترونات الأخرى
لو أن هناك أكثر من إلكترون حول النواة ، فإن التفاعل بين الإلكترونات وبعضها يؤدى لزيادة مستوى الطاقة . وغالبا ما يتم تجاهل هذه التفاعلات لو أن التداخل في الفضاء لدالة الإلكترون الموجية قليل .
[عدل] ظاهرة زيمان
شاهد المقالة الرئيسية : ظاهرة زيمان
عزم المدار الزاوي للإلكترون المقابل للعزم المغناطيسي ، يتفاعل مع المجال المغناطيسي الخارجى ( تفاعل كهرمغناطيسي) .
وتكون طاقة التفاعل : U = − μB with μ = qL / 2m
[عدل] ظاهرة زيمان عند الإخذ في الإعتبار اللف المغزلي للإلكترون
وهنا يتم الأخذ في الإعتبار كل من العزم ثنائي القطب الناتج من العزم الزاوي للمدار والعزم المغناطيسي الناتج من اللف المغزلي للإلكترون .
وتبعا لتأثيرات النظرية النسبية في ( معادلة ديراك ) ، فإن العزم الزاوي الناتج من لف الإلكترون الزاوي μ = − μBgs حيث g معامل الجيرو-مغناطيسية (ويكون تقريبا 2). μ = μl + gμs وعلى هذا تصبح طاقة التفاعل UB = − μB = μBB(ml + gms).
[عدل] فصل التركيب الدقيق
تأثير لف المدار ( شاهد التركيب الدقيق ) . وقيمته النمطية 10 − 3 إلكترون فولت .
[عدل] التركيب الفائق الدقة
التزاوج بين اللف المغزلي النووي ( شاهد التركيب فائق الدقة ) وقيمته النمطية 10 − 4 إلكترون فولت .
[عدل] ظاهرة ستارك
التفاعل مع مجال كهربي خارجي ( شاهد ظاهرة ستارك )
