Diagrama de niveles de energía química
El número cuántico principal, “n”, tiene un efecto directo en el diagrama de niveles de energía. Para medir la diferencia de energía entre dos estados y describir el espectro del hidrógeno, se necesita el diagrama de niveles de energía de un átomo de hidrógeno.
Respuesta : Los fotones se emiten cuando los electrones pasan de un nivel de energía más alto a uno más bajo y se pueden ver líneas de emisión en el espectro. Cuando los electrones toman fotones y pasan a niveles de energía más altos, aparecen líneas de absorción.
Respuesta : Al estudiar las reacciones químicas y el enlace, los científicos suelen utilizar un diagrama de niveles de energía para representar a los electrones. Los científicos utilizan el diagrama de niveles de energía y la notación de configuración de electrones para mostrar qué niveles de energía, subcubiertas y orbitales ocupan los electrones de un átomo determinado.
Respuesta : El movimiento (o salto) de un electrón de un nivel de energía a otro dentro de un átomo o átomo artificial se conoce como transición electrónica atómica. El electrón “salta” de un nivel de energía cuántica a otro en unos pocos nanosegundos o menos, lo que hace que parezca discontinuo.
Energía cuántica del hidrógeno
La siguiente figura es un diagrama de niveles de energía de un átomo de hidrógeno. Los niveles de energía se muestran como números en el lado izquierdo con el nivel de energía más bajo en la parte inferior. Las flechas representan las transiciones de un nivel de energía a otro (en este caso todas son emisiones). Cada grupo de transiciones lleva el nombre del científico que identificó su origen.
La longitud relativa de las flechas nos indica la cantidad relativa de energía liberada cuando el átomo experimenta esta transición. Cuanto más larga es la flecha, más energía se libera y más corta es la longitud de onda de la luz emitida. La serie de Balmer libera luz en la región visible del espectro electromagnético. La serie Lyman, con flechas más largas, requiere la energía más alta de la región UV. Las series Paschen y Brackett, con flechas más cortas, requieren la energía más baja de la región IR.
Diagrama del átomo de hidrógeno
El estado n = 1 se conoce como estado básico, mientras que los estados n superiores se conocen como estados excitados. Si el electrón del átomo hace una transición de un estado particular a otro inferior, está perdiendo energía. Para conservar la energía, el átomo emitirá un fotón con una energía igual a la diferencia de energía entre los estados.
Los átomos también pueden absorber fotones. Si un fotón con una energía igual a la diferencia de energía entre dos niveles incide sobre un átomo, el fotón puede ser absorbido, elevando el electrón al nivel superior.
Dibujar el diagrama de niveles de energía
Un diagrama de niveles de energía ilustra los distintos niveles de energía discretos (o, estados de energía) de un átomo, ion o molécula. Un diagrama de niveles de energía puede incluir sólo los estados electrónicos, sólo los estados vibracionales o tanto los estados electrónicos como los vibracionales.
Un tipo de diagrama de niveles de energía, denominado diagrama de Jablonski, ilustra tanto los estados electrónicos de un átomo, ion o molécula como las transiciones electrónicas entre los estados que puede experimentar este átomo, ion o molécula. Los estados se apilan verticalmente, de modo que los de mayor energía se colocan más arriba en la pila. El diagrama puede contener varias pilas, cada una de ellas con estados de la misma multiplicidad de espín (por ejemplo, estados singlete-singlet o triplete-triplete). Algunos ejemplos de transiciones electrónicas son la absorción (monofotónica o multifotónica), la relajación (fluorescencia, fosforescencia, conversión interna y cruce intersistema (ISC) entre colectores de espín), la conversión ascendente, la relajación cruzada y la emisión estimulada.
SimphoSOFT® permite definir diagramas de niveles de energía de forma y tamaño arbitrarios. Los niveles de energía y las transiciones electrónicas se añaden y modifican dentro de SimphoSOFT Material CAD como objetos geométricos. El software convierte estos objetos en código numérico de forma automática según el algoritmo patentado por la empresa “Active Photonic Building Blocks”. Esto permite a los usuarios modelar la fotofísica de materiales fotoactivados, por ejemplo, absorbentes multifotónicos, con diagramas de niveles de energía no triviales.