مستوى الطاقة

مستوى الطاقة (إنگليزية: energy level) في الفيزياء الجزيئية وكيمياء الكم هى كمة من الطاقة لحالة ترابط ميكانيكية كمية . ويتم إستخدام المصطلح غلاف الطاقة كمرجع للتوزيع الإلكتروني في الذرة أو الجزيء . وطبقا لنظرية الكم فإن الإلكترون يوجد فقط حالات " مدارات " معينة ، وعلى هذه فهناك أغلفة طاقة معينة يمكن أن تكون موجودة . أى أن هذا يعنى طاقة الكيف تكون في شكل كمات ( شاهد الطيف المستمر لمزيد من التفاصيل ) . وطبقا لتعريفات طاقة الوضه التقليدية ، فإن طاقة الوضع تساوى صفر عند اللا نهاية ، مما يؤدى لوجود طاقة وضع سالبة لحالة ترابط الإلكترون .

ويقال على مستويات الطاقة أنها تنحل ، لو أن نفس مستوى الطاقة تم الوصول إليه باكثر من حالة كم ميكانيكية . وتسمي مستويات طاقة منحلة .

وبصفة عامة ، فإن حالة الطاقة الجزيئية ، أى حالة إيجن للهاملتونية الجزيئية هى ناتج للمكونات الإلكترونية ، واللإهتزازية ، والدورانية :

E=E_{\mathrm {electronic} }+E_{\mathrm {vibrational} }+E_{\mathrm {rotational} }\,

حيث $E_{\mathrm {electronic} }$ 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 .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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 ، $l$ , $m_{l}$ , $m_{s}$ . 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 التصحيحات لمستويات الطاقة.

حالة مدار مستوى الطاقة

مستوى الطاقة ينشأ من تفاعل القوى الكهرستاتيكية بين الإلكترون وشحنة نواة الذرة الموجبة ، ومن الطاقة الناشئة العزم الزاوي للإلكترون ( حركية ، مغناطيسية )

قيمتها النمطية $10...10^{3}$ إلكترون فولت .

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 .

ظاهرة زيمان

شاهد المقالة الرئيسية : ظاهرة زيمان

عزم المدار الزاوي للإلكترون المقابل للعزم المغناطيسي ، يتفاعل مع المجال المغناطيسي الخارجى ( تفاعل كهرمغناطيسي) .

وتكون طاقة التفاعل : $U=-\mu B$ with $\mu =qL/2m$

ظاهرة زيمان عند الإخذ في الإعتبار اللف

وهنا يتم الأخذ في الإعتبار كل من العزم ثنائي القطب الناتج من العزم الزاوي للمدار والعزم المغناطيسي الناتج من لف الإلكترون .

وتبعا للتأيد النسبي للتأثيرات ( معادلة ديراك ) ، فإن العزم الزاوي الناتج من لف الإلكترون $\mu =-\mu _{B}gs$ حيث $g$ معامل الجيرو-مغناطيسية (ويكون تقريبا 2). $\mu =\mu _{l}+g\mu _{s}$ وعلى هذا تصبح طاقة التفاعل $U_{B}=-\mu B=\mu _{B}B(m_{l}+gm_{s})$ .