Закон распределения электронов по энергетическим состояниям

I. Законы фотохимии. В фотохимии рассматриваются закономерности влияния электромагнитных колебаний видимого и ультрафиолетового участков спектра на реакционную способность химических систем. Общая реакционная способность химической системы характеризуется значениями стандартного сродства реакций АО (Т) и стандартного сродства в процессе образования переходного состояния Значения А0 (7 ) и АС (7) изменяются с изменением температуры. При повышении температуры в системе изменяется кинетическая энергия поступательного и вращательного движения молекул и энергия колебательного движения ядер атомов. В области средних температур энергия движения электронов при изменении температуры практически остается постоянной. Чтобы перевести электроны на более высокие электронные энергетические уровни, надо нагреть систему до высоких температур, при которых многие реагенты разлагаются. При воздействии на химическую систему электромагнитными колебаниями с частотой видимого и ультрафиолетового участков спектра изменяется энергия движения электронов. Поглощая квант энергии, электроны переходят с ВЗМО на НО Ю. Образуется возбужденная молекула, обладающая избыточной энергией. Распределение электронной плотности в возбужденных молекулах существенно отличается от распределения электронной плотности в исходных молекулах. Повышается энергия колебательного движения ядер. Физические и химические свойства возбужденных молекул отличаются от свойств молекул в невозбужденном состоянии. Появляется возможность получения новых веществ, синтез которых невозможен при термическом воздействии на систему. [c.610]

Большое влияние на последуюш,ее развитие учения о строении вещества оказало открытие квантовой природы лучистой энергии и разработка квантовой теории. В результате исследования закона распределения энергии в спектре температурного излучения (абсолютно черного тела) Планком было установлено, что испускание и поглощение атомом лучистой энергии происходит порциями е, которые были названы квантами. Из этих работ следовало, что в атоме имеются определенные уровни энергии и излучение или поглощение энергии атомом сопряжено со скачкообразным переходом электронов в различные энергетические состояния, отвечающие определенным уровням энергии. [c.16]

Средней кинетической энергии электронов в плазме сопоставляют температуру соответствующего максвелловского распределения и говорят о температуре электронного газа в плазме, несмотря на то, что в газоразрядной неизотермической плазме нет термодинамического равновесия. Таким образом, температура электронного газа в плазме имеет условный смысл. Делать из значений этой температуры какие-либо выводы, основанные на законах термодинамики, в случае неизотермической плазмы нельзя. Но вместе с тем температура электронного газа или соответствующая средняя кинетическая энергия электронов, выраженная в электрон-вольтах, является параметром, характеризующим энергетическое состояние электронов в плазме, даже в том случае, когда распределение энергии среди электронов плазмы не в точности максвелловское. [c.285]

Средней кинетической энергии электронов в плазме сопоставляют температуру соответствующего максвелловского распределения и говорят о температуре электронного газа в плазме, несмотря на то, что в газоразрядной неизотермической плазме нет термодинамического равновесия. Таким образом, температура электронного газа в плазме имеет условное значение. Делать из значений этой температуры какие-либо выводы, основанные на законах термодинамики, в случае неизотермической плазмы нельзя. Нельзя, например, исходя из этой температуры, подсчитывать так называемую свободную энергию плазмы. Но вместе с тем температура электронного газа, определяемая в результате применения метода зондовых характеристик, или соответствующая средняя кинетическая энергия электронов, выраженная в электрон-вольтах, несомненно, являются параметрами, близко характеризующими энергетическое состояние электронов в плазме, даже в том случае, когда распределение энергии среди электронов плазмы не в точности максвелловское. [c.490]

В совокупности таких свободных радикалов в отсутствие внешнего поля магнитные моменты вращающихся электронов ориентированы хаотично и все электроны находятся в состоянии с равной энергией. Когда накладывается магнитное поле, магнитные моменты стремятся ориентироваться относительно поля. Б соответствии с квантовой теорией они принимают одну из двух ориентаций, причем промежуточные направления невозможны, так как разрешенный спиновый момент количества движения вдоль магнитного поля ограничен по квантовым законам двумя дискретными величинами 12 Ь,12п) и —1/2(/г/2л). Соответственно составляющая магнитного момента в направлении поля должна быть ограничена двумя значениями, которые можно обозначить -Ьм- и Оказывается (см. далее), что л приблизительно равно магнетону Бора. Энергия ориентации в ноле напряженностью Н для двух разрешенных ориентаций будет по классической электромагнитной теории равна —(х/7 и Следовательно, электроны делятся на две группы, энергии которых различаются на 2[хЯ (рис. 42). В нижнем энергетическом состоянии находится несколько больше электронов, чем в верхнем, поскольку электроны различными путями обмениваются энергией с окружающей средой и таким образом поддерживают равновесное энергетическое распределение. По закону Максвелла — Больцмана отношение числа [c.200]

ЗАКОН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ПО ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЯМ [c.41]

Можно рассмотреть процесс поглощения на основе переходов между двумя энергетическими состояниями химической частицы. На рис. 19-6-показаны три электронных энергетических уровня молекулы основное состояние (О) и два возбужденных синглетных состояния (51 и г). В свою очередь, каждое электронное состояние имеет связанные с ним несколько колебательных уровней, обозначаемых ио, vг и т. д. Поскольку различие в энергии между электронными уровнями значительно больше, чем тепловая энергия (кТ) молекул при комнатной температуре, закон распределения Больцмана указывает, что большинство молекул находится в основном электронном состоянии. Однако различие в энергии между колебательными уровнями гораздо меньше. Поэтому при комнатной температуре или близкой к ней большин- [c.636]

Излучающая газоразрядная плазма разделяется на плазму низкого и плазму высокого давления. К разряду высокого давления следует относить случаи, когда практически устанавливается локальное термодинамическое равновесие. В этих условиях всем частицам (электронам, атомам, ионам), входящим в любой малый элемент объема плазмы ), может быть приписана вполне определенная — одна и та же для всех — температура Т. Она определяет кинетическую энергию частиц, их распределение по энергетическим уровням и степень ионизации. В плазме низкого давления выравнивания средней кинетической энергии частиц не происходит. Здесь вообще нельзя говорить о температуре разряда — его энергетическое состояние следует задавать функциями распределения частиц по скоростям — отдельными для каждого вида частиц — электронов, ионов, атомов. Часто с хорошим приближением можно характеризовать такую плазму, задав две температуры — электронную и атомную Тц. При этом предполагается, что распределение электронов и атомов по скоростям соответствует закону Максвелла [c.259]

Проявления волновой природы электронов при их движении в газе неравномерное рассеяние электронов, эффект зависимости длины свободного пути электрона от его скорости. Многочисленные данные о движении электронов в электронных трубках, почерпнутые из практики, а также ряд тщательно поставленных количественных опытов отклонения электронов в электрическом и магнитном полях показывают, что к свободным электронам, беспрепятственно движущимся в этих полях, применимы законы электродинамики и механики с учётом зависимости массы электрона от скорости. В частности, свободный электрон может обладать любым значением энергии и любым импульсом, без каких-либо квантовых ограничений. Иначе обстоит дело, когда электрон встречает на своём пути ту или иную частицу и вступает с ней во взаимодействие. Это относится не только к тому случаю, когда электрон, передавая частице часть своей энергии, переводит её из одного энергетического состояния в другое или же захватывается этой частицей (например, при образовании нейтрального атома из положительного иона и электрона), но и к упругим соударениям электронов с другими частицами. Так, распределение электронов, рассеянных частицами газа по различным направлениям их дальнейшего движения, не соответствует распределению, вытекающему из обычных законов механики и электродинамики. Оказывается, что при переходе от малых углов рассеяния к большим наблюдается ряд максимумов и минимумов. [c.279]

Очевидно, что в подобного типа электрических разрядах температура электронов намного выше температуры газа Тт, т.е. здесь имеет место хотя и стационарное, но отнюдь не равновесное состояние заселение верхних уровней происходит за счет ударов первого рода, а переход возбужденных атомов и ионов на нижележащие уровни (девозбуждение) — в основном за счет спонтанной эмиссии. В описанных случаях, конечно, можно говорить лишь о той или иной степени приближения к использованным выше теоретическим моделям. Так, газ в электротермическом атомизаторе настолько близок к состоянию термодинамического равновесия, что имеющимися незначительными отличиями можно для практических целей полностью пренебречь для описания же общих свойств пламен модель термодинамически равновесной плазмы, строго говоря, не годится. В частности, многие пламена интенсивно излучают в инфракрасной области спектра, в то время как энергетические потери на излучение покрываются за счет нагревания газа в ходе реакции горения. Таким образом принцип детального равновесия в пламенах не выполняется даже грубо приближенно. Тем ие менее для описания механизма поглощения и излучения отдельных спектральных линий атомов в пламенах оказывается возможным при определенных условиях воспользоваться законами теплового излучения, в частности, законом Кирхгофа. То же можно сказать о некоторых формах электрических разрядов. В этих случаях отпадает необходимость в оценке эффективных сечений элементарных процессов, так как распределение атомов по возбужденным состояниям оказывается возможным рассчитать более простыми способами. [c.23]

Если роль ударов 1-го и 2-го рода с электронами велика по сравнению с ролью спонтанных переходов, то атомы окажутся распределенными по энергетическим уровням по закону Больцмана, соответствующему электронной температуре Т , Следовательно, число атомов в каком-либо А-м состоянии будет зависеть только от числа атомов в нормальном состоянии N , от ста- [c.432]

Современная электронная теория металлов и полупроводников исходит из того, что нрп соединении отдельных атомов в кристаллическую решётку энергетические уровни электронов смещаются под действием электрических полей соседних атомов так, что возможные уровни энергии всей совокупности электронов в атомах, составляющих кристаллическую решётку твёрдого тола, превращаются из дискретных далеко отстояпцгх друг от друга атомных энергетических уровней в целые энергетические ПОЛОСЫ)) с густо расиоложенными в них возможными, т. е. удовлетворяющими квантовым законам, уровнями. В металлах энергетические полосы перекрывают друг друга, и поэтому, несмотря на дискретность отдельных фовней, распределение по энергиям может быть представлено законом распределения Ферми с точностью, достаточной для решения многих вопросов, в том числе и для построения теории термоэлектронной эмиссии металлов. В случае диэлектриков и полупроводников возможные но квантовым законам полосы энергии не перекрываются, а отделены друг от друга запрещёнными зонами, как это схематически показано на рис. 8 для диэлектриков и на рис. 9 для полупроводников. Так же как и в металлах, при низких температурах заняты все нижние энергетические уровни. Выше полностью занятых энергетических полос лежат другие незаполненные, но возможные полосы энергетических уровней. Переход электронов на уровни этих полос может иметь место за счёт энергии теплового движения атомов кристаллической решётки или за счёт поглощения электронами световых квантов, проникающих внутрь кристалла. Так как в нижних полосах все уровни заняты, то электроны, энергетическое состояние которых соответствует етим полосам, не могут переходить в другое энергетическое состояние, лежащее в пределах той же полосы, а поэтому не могут свободно передвигаться в пространстве под действием внешнего электрического поля. Для осуществления электропроводности электронного характера необходимо наличие электронов в верхней, незаполненной полосе энергетических уровней, называемой полосой проводимости. [c.45]

Возбужденная молекула обладает набором дискретных квантованных энергетических состояний, описываемых законами квантовой механики. Эти состояния называются энергетическими уровнями молекулы. Главные энергетические уровни определяются возможным пространственным распределением электронов и называются электронными энергетическими уровнями на них накладываются колебательные уровни, которые указывают на различные типы колебаний молекулы [например, растягивание и изменение углов различных ковалентных связей]. Имеются и еще более близко расположенные уровни, называемые вращательными, но они не очень важны в абсорбционной спектроскопии и не будут обсуждаться. Все эти энергетические уровни обычно описываются схемой энергетических уровней (рис. 14-2). Самый низкий электронный уровень называется основным состоянием, а все другие — возбужденными. [c.384]

Развитие идей Бутлерова в этой области требует дальнейших исследований геометрической формы молекул, геометрии ее внутренних движений, детального исследования возможных состояний ее внутреннего и внешнего движения, определения возможных энергетических уровней молекул (электронных, колебательных, вращательных), исследования законов и закономерностей, определяющих распределение молекул по этим состояниям и энергетическим уровням в заданных условиях, [c.81]

В 1925 г. швейцарский ученый Паули, подытоживая на основе изучения спектров картину квантования энергии электронов, то есть распределения их по разным квантовым слоям, подуровням и состояниям — ячейкам , сформулировал принцип, рассматриваемый ныне как ключ к пониманию многих сторон периодического закона и периодической системы в атоме нет даже двух электронов, которые имели бы вполне одинаковую полную энергетическую характеристику . [c.117]

Под изотермической подразумевается плазма, находящаяся в состоянии, близком к тepмoдинa п чe кoмy равновесию. Она характеризуется определенной температурой Т, которая определяет степень ионизации вещества плазмы (концентрации ионов и электронов), распределение частиц по скоростям и распределение возбужденных частиц по энергетическим уровням. Эти распределения могут быть соответственно найдены по известным статистическим законам Саха, Максвелла и Больцмана, причем в них будет фигурировать одна и та же температура Т. [c.20]

Способность химического соединения поглощать свет завишт от характера распределения электронов вокруг атомных ядер в его молекуле. При поглощении молекулой фотона один из ее электронов переходит на более высокий энергетический уровень. Происходит это по закону все или ничего чтобы перевести электрон на более высокий энергетический уровень, фотон должен обладать определенным минимальным количеством энергии (лат. quantum-количество отсюда второе название фотона- квант ). Молекула, поглотившая фотон, находится в высокоэнергетическом возбужденном состоянии, которое, как правило, нестабильно. Если отключить источник света, то высокоэнергетические электроны обычно быстро вновь переходят на свои низкоэнергетические орбитали при этом молекула возвращается в исходное стабильное, так называемое основное состояние, высвобождая энергию возбуждения (в форме света или тепла). Свет, испускаемый возбужденной молекулой при ее возвращении в основное состояние, называют флуоресценцией (рис. 23-7). Переход молекулы в возбужденное состояние под действием света и высвечивание энергии при флуоресценции-чрезвычайно быстрые процессы. Для возбуждения молекулы хлорофилла in vitro требуется всего лишь несколько пикосекунд (1 пс = 10 с). Время пре- [c.689]

Теперь рассмотрим вопрос о том, как выводятся электронные конфигурации атомов. Распределение электронов в основном состоянии атома определяется тремя принципами. Первый из них, фундаментальный закон природы, состоит в том, что система стремится занять состояние с минимально возможной энергией (именно это состояние и подразумевается в названии основное состояние ). Из этого следует, что АО должны заполняться в порядке, представленном в табл. 2.1. Вторым является принцип или правило Гунда, утвернедающее, что электроны стремятся не находиться на одной и той же АО, если только они могут распределиться по другим энергетически эквивалентным АО, причем в этом случае они имеют параллельные спины. Наконец, еще имеется принцип, выдвинутый Паули и известный под названием запрета Паули, согласно которому в одном и том же атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел. Нет необходимости обсуждать этот принцип его следует положить в основу построения атомных структур. Нужно только отметить, что запрет Паули еще раз подчеркивает важность спинового квантового числа, поскольку в тех случаях, когда электроны имеют идентичные значения квантовых чисел п, I и то, они должны иметь противоположные спины. Короче говоря, на данной АО не мон<ет быть более двух электронов, причем они обладают противоположными спинами. [c.38]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология