Nivelele energetice

Nivelele energetice se reprezinta schematic printr-o diagrama. Aceasta diagrama este o succesiune de linii orizontale distantate intre ele cu o lungime direct proportionala cu diferenta dintre valorile diferitelor nivele de energie.

Prima linie de jos semnifica nivelul atomic cu energie minima E denumit nivel energetic fundamental.

Nivelurile de energie mai mare reprezentate deasupra acestei linii corespund unor energii permise mai mari si se numesc nivele energetice excitate.

O tranzitie se reprezinta printr-o linie care uneste cele 2 nivele energetice intre care aceasta a avut loc. Radiatia care a generat aceasta tranzitie are frecventa specificata in dreptul liniei simbol a tranzitiei.

Frecventele au primul indice = cu cel al nivelului final si cel de-al doilea indice = cu cel initial al tranzitiei

Diagrama niv energetice ale unui sistem atomic :

E

E3

E2

υ

E1

E0

Energia schimbata de sistemul atomic cu radiatia electromagnetica cu ocazia unei interactiuni ce promoveaza o tranzitie este egala conform legii lui Planck :

frecventa rad electromagnetice ce a generat tranzitia

h → constanta lui planck = 6,63 10

→ energia nivelului final

→ energia nivelului initial

Daca k>i tranzitia este de absorbtie, sistemul atomic absorband de la radiatie diferenta de energie necesara pt a trece din starea initiala , in starea finala

   

k,i =>

   

Daca k<i, atunci sistemul trece de pe un nivel superior pe unul inferior, iar diferenta de energie este eliberata de sistemul atomic emisia unor fotoni. Tranzitia este una de emisie.

=> i,k

Atunci i,k este frecventa radiatiei emise de catre sistemul atomic.

Unitatile de masura cele mai frecvente sunt:

→ pt energia sistemului de microparticule (E) <E>= 1J, 1eV

→ pt frecventa < >= 1Hz

→ pt lungimea de unda < >=1 cm

c = vit luminii = m/s

numarul de unda ύ = < >= 1cm

PRINCIPIUL LUI RITZ

k,i υj,k

i,j

. Tipuri de nivele energetice si tranzitiile corespunzatoare

Nivelele energetice se deosebesc prin natura sistemului atomic cat si prin ordinul de marime al diferentei de energie dintre nivelele energetice intre care au loc diverse tranzitii ale aceluiasi sistem de microparticule.

Ordinul de marime al diferentei dintre energia diferitelor tipuri de nivele pot fi deduse din domeniile de analiza.

Astfel in ordinea crescatoare a marimii diferentei intre energiile a 2 nivele consecutive si deci a frecventei radiatiei ce produc aceste tranzitii avem urmatoarele domenii spectrale

Pentru atomii si moleculele exista urmatoarele tipuri fundamentale de nivele energetice si tranzitii :

(1). NIVELE ELECTRONICE. Acestea se datoreaza miscarii orbitalilor electronilor in jurul nucleului. In cazul electronilor exteriori (de valenta) frecventa radiatiilor ce genereaza tranzitii apartin domeniului(UV-VIZ), iar electronii de pe paturile int.ale atomilor sufera tranzitii in urma interactiei a rad X.

(2). NIVELE DE VIBRATIE

Acestea corespund miscarii de vibratie a nucleelor din molec. in jurul unor poz.de echilibru sau a vibratiilor molec.in ansamblul ei.

Frecventa rad.absorbite corespunde dom IR, iar tranz. electronice de vibratie se studiaza in dom UV-VIZ.

(3). NIVELE DE ROTATIE

Care apar datorita miscarii de rotatie a moleculelor ca un intreg, analog unui rotator.

Tranz. de rotatie se studiaza in dom. microundelor, IR indep, IR aprop, si prin RMN.

(4). NIVELE DE STRUCTURA FINA

Care se leaga de existenta momentului cinetic propriu(de spin) al electronului. Aceste nivele sunt foarte apropiate atat in cazul atomilor cat si a molec. Ca atare tranz. au loc prin interactia cu rad.din dom. microundelor.

(5). NIVELE DE STRUCTURA HIPERFINA

Existenta lor se datoreaza momentului cinetic propriu al nucleelor atomice(spini nucleari) din atomi si molecule. Aceste nivele au energii extrem de apropiate ca valori, tranzitiile intre ele putand fi puse in evidenta numai prin RMN.

(6). NIVELE DE STRUCTURA MAGNETICA

Acestea apar datorita despicarii nivelelor energetice electronice, de rotatie, sau de structura hiperfina, atunci cand sistemul de microparticule este plasat intr-un camp magnetic exterior(astfel apare efectul Zeeman)

(7). NIVELE DE STRUCTURA ELECTRICA

Care apar prin despicarea niv.electronice ale atomilor liberi si ale molec precum si a nivelelor de rotatie ale moleculelor cu moment electric dipolar aflate intr-un camp electric (efectul Stark).