Interested Article - Энергетический уровень

Упрощённая схема энергетических уровней квантовой системы

Энергетический уровень — собственные значения энергии квантовых систем , то есть систем, состоящих из микрочастиц ( электронов , протонов и других элементарных частиц ) и подчиняющихся законам квантовой механики . Каждый уровень характеризуется определённым состоянием системы , или подмножеством таковых в случае вырождения . Понятие применимо к атомам ( электронные уровни ), молекулам (различные уровни, соответствующие колебаниям и вращениям — колебательные и вращательные уровни), атомным ядрам (внутриядерные энергетические уровни) и т. д.

Все квантовые состояния с энергетическим уровнем, превышающим энергию основного состояния квантовой системы, описываются как возбуждённое состояние .

Электронные энергетические уровни

В современном понятии об орбитальной модели атома электроны в атоме способны обладать лишь определёнными величинами энергии и переходить с одного энергетического уровня на другой лишь скачком. Разница между энергетическими уровнями определяет частоту кванта света , выделяемого или поглощаемого при переходе. Каждой паре значений главного квантового числа n и орбитального квантового числа l соответствует определённый уровень энергии, которой может обладать электрон.

Главные энергетические уровни атома — это совокупности атомных орбиталей , имеющих одинаковые значения главного квантового числа. Число таких энергетических уровней в атоме равно номеру периода , в котором расположен соответствующий химический элемент . Например, калий — элемент четвёртого периода , следовательно, его атом имеет 4 основных энергетических уровня ( n = 4).

Каждый главный энергетический уровень в атоме расщеплён на подуровни (s-, p-, d-, f-, g-орбитали), соответствующие изменениям орбитального квантового числа. В достаточно сильных магнитных полях можно обнаружить расщепление этих подуровней на отдельные состояния, соответствующие различным значениям магнитного квантового числа .

Внутриядерные энергетические уровни

Термин появился благодаря исследованию радиоактивности . Радиационное излучение разделяется на три части: альфа-лучи , бета-лучи и гамма-лучи . Исследования показали, что альфа-излучение состоит из ядер гелия-4 (см. альфа-частица ), бета-излучение является потоком быстро движущихся электронов , а гамма-лучи — это вид электромагнитного излучения ( фотоны ). Поскольку энергии переходов между различными электронными уровнями недостаточно для возникновения гамма-лучей, стало понятно, что их источник нужно искать внутри атомного ядра: ядро атома само может обладать различными энергетическими уровнями, при переходах между которыми и происходит излучение гамма-квантов. Гамма-лучи расширили спектр известных электромагнитных волн, и все волны короче 10 ⁻³ нм называются гамма-лучами.