原子结构与光谱

能级(energy level)

想象你站在楼梯上,而不是斜坡上。在斜坡上你可以停在任意高度;在楼梯上你只能站在某一级台阶上——绝不能停在两级之间的半空。原子中的电子站的是楼梯,而非斜坡:它只能拥有某些固定的能量,称为能级,介于其间的任何值都不被允许。

能级是电子在原子中所能拥有的、被允许的、离散的能量值之一。最低的能级是基态;更高的是激发态。电子要从一个能级移动到另一个,只能通过恰好吸收或放出两者之间的能量差来实现,不多不少——这正是能量为何以固定大小的「包」来交换的原因。

这种量子化是原子光谱、化学成键的基础,也解释了原子为何稳定、不会螺旋坠入原子核。需要注意的是,台阶之间并非等距:越往上爬,能级越拥挤,到了最顶端它们会并入一片连续区,那时电子已完全不再被原子束缚。

在氢原子中,基态位于 −13.6 电子伏特,下一级在 −3.4,再下一级 −1.5,依此类推,越靠近零越拥挤。一个停在 −3.4 的电子要跌到 −13.6,只能放出一个恰好携带 10.2 电子伏特能量差的光子——它在氢光谱中表现为一条精确的谱线。

电子站在台阶上,而非斜坡上——只有固定的能量被允许。

那些负数只是表示电子是被束缚的:零能量被定在电子恰好逃离原子的那一点,所以任何束缚态都在零以下。

又称
能量能级能量能階能层能層