Atomen 2 – Väteatomen, absorptions- och ... - bjornjonsson.se

Fysik B bjorn.jonsson@vgy.se
Värmdö Gymnasium www.bjornjonsson.se
Energinivåer
Beroende på hur långt ifrån kärnan elektronen är så är den elektriska kraften mellan proton och
elektron samt elektronens banhastighet olika stor. Man kan se elektronens olika banor som
energinivåer där elektronens lägesenergi är olika stor beroende på hur långt ifrån kärnan den
befinner sig.
Man har av olika anledningar valt att lägga nollnivån för energin vid den energimängd som krävs för
att atomen ska joniseras (d.v.s. då elektronen slår sig lös från atomen). Detta innebär att de lägre
energinivåerna får negativa energivärden. För väte kan man få dessa värden
genom den av Bohr härledda formeln:
/BJ
W n
= −
13,
60
n
2
( eV)
Där Wn är energin i elektronvolt för den n:te energinivån. Vi räknar ut energin
för några av atomens tillstånd:
Grundtillstånd n = 1
Första excitationsnivån n = 2
Andra excitationsnivån n = 3
13,
60
W 1 = − = −13,
60 eV
2
1
13,
60
W 2 = − = −3,
40 eV
2
2
13,
60
W 3 = − = −1,
51 eV
2
3
Vi kan rita ett energinivådiagram för väte. Varje horisontell linje på y-axeln motsvarar en energinivå
med ordningstalet (kvanttalet) n. Den nivå som motsvarar joniseringsenergin sägs ha kvanttalet
n = ∞.
Excitation
1 eV (elektronvolt)
−19
= 1,
602 ⋅ 10 J
Vid rumstemperatur befinner sig de flesta atomerna i grundtillståndet, n = 1. Om atomen tillförs
energi kommer den exciteras. Två exempel på sätt för en atom att exciteras:
• Kollision med en annan atom, så att rörelseenergi
överförs. Det här händer oftare om temperaturen är
hög (eftersom hög temperatur innebär stor rörelse för
atomerna, och därmed flera kollisioner atomer
emellan). En varm gas har alltså flera atomer i andra
tillstånd än grundtillståndet än vad den har i
rumstemperatur.
• Fotonabsorption. En infallande foton absorberas om
dess energi precis överensstämmer med
energiskillnaden mellan två elektronnivåer.
OBS! Om fotonens energi inte stämmer med
energinivåskillnaderna kommer fotonen aldrig att
absorberas. Den kommer istället att spridas (studsa)
mot atomen.
2 (6)
Bilden hämtad från
http://www.olympusmicro.com/primer/java/fluorescence/exciteemit/index.html