Уровень - энергия - электрон
Cтраница 3
Возбуждение электронов в металле может переводить их и на более высокие энергетические уровни. Потенциальная энергия электронов характеризуется уровнем их химического потенциала ( уровнем или энер - шей, Ферми, отсчитываемой от уровня энергии покоящегося электрона в вакууме), зависящим от средней статистической совокупности заполненных энергетических уровней. В случае металлов уровень Ферми может находиться внутри валентной зоны; его расположение зависит от плотности соответствующих уровней. При абсолютном нуле все электроны находятся в наинизших возможных энергетических состояниях и, в соответствии с принципом. Паули, совокупность N электронов занимает N / 2 уровней. Тогда уровню химического потенциала соответствует поверхность Ферми в пространстве импульсов электронов, разделяющая занятые и свободные уровни. [31]
Электрон в атоме водорода занимает определенный энергетический уровень, который является наинизшим, если атом не возбужден и находится в изолированном состоянии. При сближении двух атомов их электроны испытывают притяжение со стороны обоих ядер, которое возрастает по мере уменьшения расстояния между ними, и в пространстве между ядрами уровень энергии электрона понижается. Вследствие этого объединение двух ядер и одного электрона в единую систему - энергетически выгодный процесс. Присутствие второго электрона усложняет картину вследствие взаимного влияния электронов. Как известно, обладая отрицательным зарядом, электроны отталкиваются друг от друга. Этот эффект называется корреляцией зарядов. Но, кроме этого, собственное электромагнитное поле электрона определяется его спином. Электроны с параллельными ( одинаково направленными) спинами отталкиваются друг от друга, а электроны с антипараллельными спинами сближаются, стягиваясь в электронную пару. Этот эффект называется корреляцией спинов и в совокупности с корреляцией зарядов определяет суммарный эффект взаимного влияния электронов - корреляцию электронов. [32]
 |
Схематическое изображение фотоэффекта. [33] |
Атом, потерявший электрон, называется ионизированным. Так как при фотоэффекте электрон удаляется с наиболее глубоких уровней энергии, то сразу же вслед за испусканием фотоэлектрона возникает фотон характеристического рентгеновского излучения при переходе на освободившийся уровень энергии электрона атома, расположенного дальше от ядра. [34]
 |
Переходы электронов с ор - НЫМ орбитам. Переход же С одной биты на орбиту при E2E - t орбиты с энергией EI на другую с. [35] |
При нахождении же электронов на стационарных орбитах не происходит ни испускания, ни поглощения энергии. Стационарные орбиты, словно ряды кресел в цирке, концентрическими кругами опоясывали ядра атомов; чтобы перебраться с одного ряда на другой, требовалось совершить скачок, поглотив или выделив квант энергии. Уровень энергии электрона на орбите определяется числом п ( номер ряда), которое было названо квантовым. [36]
 |
Схема образования молекулярных я-орбиталей. [37] |
Электрон занимает ту орбиталь, в которой запас его энергии минимален. Энергетически выгоднее присутствие электрона в поле двух заряженных ядер, поэтому электрон в первую очередь занимает в пределах одного подслоя вакантную МОСВ. Уровень энергии электрона при его переходе из атомной орбитали в МОСВ понижается и, наоборот, при переходе в МОразр повышается. Поэтому электрон, находящийся в МОСВ, осуществляет связь между атомами, а электрон, находящийся в МОразр, более энергично ослабляет ее. [38]
Современные представления квантовомеханической теории исходят из того, что электрон может перескакивать с поверхности металла к протону лишь в тот момент, когда энергетические уровни электрона и протона будут одинаковыми. Вероятность возникновения такого состояния весьма мала, вследствие чего процесс присоединения отрицательного заряда ( электрона) к положительному ( протону) протекает с неожиданно большими затруднениями. Частота выравнивания энергетического уровня протона до уровня энергии электрона определяется флуктуациями молекул полярного растворителя, вследствие чего изменяется энергетический уровень протона. В результате перенос заряда через фазовую границу существенно зависит от свойств полярного растворителя. [39]
В полную энергию электрона входит не только потенциальная, но и кинетическая энергия. Поскольку на диаграмме непосредственно откладывается потенциальная энергия электрона, уровень энергии электрона, совпадающий в некоторой точке с кривой потенциальной энергии электрона, говорит о том, что у электрона почти нет кинетической энергии, связанной с направлением, которому соответствует диаграмма. В каждой точке пространства уровню энергии электрона, лежащему ниже кривой в данной точке, соответствует кинетическая энергия, равная ( в соответствующих единицах) разности между этим уровнем энергии и кривой потенциальной энергии электрона в данной точке. Именно поэтому диаграммы потенциальной энергии электрона очень полезны, ибо они наглядно показывают, в каких точках пространства между двумя электродами диода энергия электронов достаточна для возбуждения или ионизации атомов цезия. Прежде чем рассматривать схему энергетических уровней атома цезия, отметим, что диаграмма потенциальной энергии электрона пригодна и для наглядного представления соотношения между кинетической и потенциальной энергией иона. На расстояниях от поверхностей электродов, превышающих примерно 10 - 6 см, кривые потенциальной энергии электрона и иона одинаковы, тогда как вблизи поверхности они расходятся, причем кривая для электрона идет вверх, а кривая для положительного иона идет вниз. [40]
По принципу Франка - Кон-дона, при переходе электрона в простой молекуле с одного уровня на другой, взаимное расположение атомов не успевает измениться, пока не закончится переход. Этот принцип должен выполняться и при анодной отдаче или катодном присоединении электрона в окислительно-восстановительной системе. Значит, каждой возможной паре совпадающих конфигураций компонентов S0 и SB должен соответствовать некоторый уровень энергии электрона. Напротив, каждому электронному уровню может в таких условиях отвечать несколько пространственных расположений атомов в молекуле или сольватной оболочке. Вероятность существования в растворе различных возбужденных состояний гидратированного окислителя или восстановителя S0 и SB весьма различна и зависит от энергии возбуждения. [42]
Состояния) i и tyz - связывающие, так как соответствующие им энергетические уровни расположены глубже, чем уровень энергии электрона в поле одного атома ( а), а состояния арз и г н - разрыхляющие. [43]
Однако между границами раздела металл-электролит и металл-вакуум есть очень существенное различие: на первой из них действует дополнительная переменная - электродный потенциал. При его изменении меняется и работа выхода, поэтому последнюю следует относить всегда к какому-либо определенному потенциалу. Но, задавая потенциал электрода, мы однозначно определяем начальный уровень энергии электрона. Конечный же уровень энергии электрона в растворе, естественно, не зависит от природы металла. Но как раз свойства барьера в условиях применимости порогового приближения ( А, б) оказываются несущественными для энергетики фотоэмиссии, которая определяется только разницей начального и конечного состояний электрона, но не зависит от конкретного хода потенциала на расстояниях, малых по сравнению с де Бройлевской длиной волны электрона. [44]
Среди занятых электронных уровней в растворе чаще всего встречается равновесное состояние восстановителя SB. Но окислитель с совершенно идентичной конфигурацией атомов и сольватной оболочки So уже не равновесен, а возбужден. Точно так же наиболее часто встречающийся вакантный уровень представлен в растворе невозбужденным окислителем S0, структура которого оказывается неравновесной для восстановителя SB. Соответственно этим двум парам состояний можно выделить два уровня энергии электронов: Е0, отвечающий переходу S0 e - - SB, и ЕВ, определяемый переходом SQ е - - SB. [45]
Страницы: 1 2 3 4