化學原理啟迪304
Mozart best - Piano Concerto No. 21 C major KV 467 - Andante
1. 氫原子的電子在不同的軌域，能量的大小就會不同。波爾計算出氫原子的電子，在每個軌域運動的能量是：
E＝－2.178×10－18J（Z2/n2）
註1：E是圍繞氫原子核公轉的電子的能量。
註2：n是電子所處的能階軌域編號，這是一個整數；n的數值愈大，代表電子所處的軌域離原子核愈遠，能階愈高，電子軌域的半徑愈大。
註3：Z是原子量，原子量就是原子的質量，這是依據原子核的質子與中子的數量來決定的。氫的原子核只有一個質子，因此氫的原子量Z=1。
註4：計算出來的能量是「負號－」，因為「原子核的電子」的能量，是以脫離原子核控制的「自由電子」的能量為比較的基準。因為綁在原子核上的電子能量比自由電子低，因此是負數，必須加「負號－」。
註5：「－2.178×10－18J」是圍繞原子核的電子在「最低能階軌域/基態」的能量，這是電子沒有外力干擾下的正常能量，波爾以「電子處於基態的能量」作為衡量「電子在不同能階的能量」的一個標準。
如果電子是處於「最低能階軌域」：n＝1，那麼電子的能量就是「－2.178×10－18J」。
2. 脫離原子核的自由電子，不再與原子核交互作用，因此自由電子所處的能階的能量等於0：
E＝－2.178×10－18J（Z2/∞）＝0
註：∞是無限大，意思是自由電子所處的位置無限遠離原子核。
3. 因為衡量氫原子的電子的能量標準是「自由電子的能量＝0」，因此圍繞氫原子的電子不論在任何軌域，能量都是負的。
4. 當氫原子的電子受到外力介入而改變軌域／能階時，能量改變的幅度是多少？我們可用方程式「E＝－2.178×10－18J（Z2/n2）」分別計算電子在不同能階的能量，然後相減，就得到改變的能量。
5. 舉例來說，假設有一顆氫原子從激態回復到最低能階－基態ground，它的電子從激態能階n＝6掉落到基態能階n＝1。
6. 我們用方程式計算電子的能階，因為氫原子核只有1個質子，所以Z＝1，處於激態n＝6與基態n＝1的電子的能量是：
For n＝6： E6＝－2.178×10－18J(12/62)＝－6.05×10－20 J
For n＝1： E1＝－2.178×10－18J(12/12)＝－2.178×10－18J
7. 特別留意，基態電子的能階n＝1的負能量，大於激態電子的能階n＝6，這代表電子在最小的電子軌域時，受原子核控制的力量比較大。
8. 當電子從激態能階n＝6，落到基態能階n＝1，能量變化是
ΔE
＝最終狀態的能量－最初狀態的能量
＝E1－E6
＝（－2.178×10－18J）－（－6.05×10－20J）
＝－2.118×10－18J
能量的改變的符號是「負號－」代表原子失去能量，進入比較穩定的狀態；從高能階軌域n＝6轉換到低能階軌域n＝1的過程中，電子多餘的能量轉化成光子，釋放出去。
沒有留言:
張貼留言