¿Cómo puede escapar un electrón del átomo al absorber fotones?

Cuando llegas a las escalas atómica y subatómica, las cosas dejan de tener sentido intuitivo.

Así que veámoslo de esta manera. Por cierto, “de esta manera” no es del todo correcto, pero es lo suficientemente correcto como para generar una comprensión intuitiva.

Entonces, cuando llegas a las escalas atómica y cuántica, el volumen se convierte en un descriptor inútil. ¿Cuál es el volumen de un punto? Eso es como preguntar cuántos ángeles pueden bailar en la cabeza de un alfiler (cero, los ángeles no son buenos para bailar, excepto uno, que aprendió a gavote cuando estaba de moda, pero esa es una historia para otro momento). Es irrelevante A esas escalas, la energía se convierte en una característica física importante.

Ya no se considera exacto considerar los electrones en órbitas circulares alrededor de los átomos (la verdad es mucho más extraña), pero déjame llevar por esta falacia porque es útil en este caso. Entonces, cuando un electrón absorbe un fotón, lo absorbe si tiene suficiente energía para saltar al siguiente orbital. Esto es más o menos análogo en el modelo orbital a un aumento en la velocidad o, de todos modos, al impulso. Cuando aumenta la velocidad en órbita alrededor de la tierra, aumenta su altitud orbital. Sin embargo, los orbitales de electrones pueden considerarse pasos. Si no gana suficiente altitud para llegar al siguiente paso, no irá a ninguna parte.

Entonces, en el orbital superior, nada cambia mucho en términos de absorción de energía. En términos del modelo orbital, es análogo a alcanzar la velocidad de escape. Absorbes suficiente energía para liberarte de la influencia del cuerpo de los padres y listo. Así nace un catión. Bien. “Hecho.”

Una vez más, NO es así como funciona realmente, Niels Bohr lo intentó y las matemáticas funcionan para el hidrógeno, pero básicamente no hay otro elemento.

Entonces, para responder a la segunda parte de su pregunta, los rayos gamma (el tipo de radiación más enérgico) tienen suficiente energía para liberar el electrón del orbital superior del átomo.

Como saben, si un átomo absorbe un fotón cuya energía coincide con la brecha entre dos niveles de energía, entonces su electrón saltará entre esos dos niveles. Pero a medida que los niveles de energía aumentan, la brecha de energía entre ellos se reduce. Se necesita menos energía para hacer que un electrón pase de n = 100 a n = 200 que para pasar de n = 1 a n = 2, y aún menos para pasar de n = 1000 a n = 2000. En otras palabras, A medida que el nivel de energía aumenta, la cantidad de energía necesaria para la transición a un nivel de energía más alto se reduce, acercándose a cero. En términos matemáticos, la suma de todas estas energías de transición converge en un número real particular, y ese número es la energía de ionización del átomo. El suministro de la energía de ionización correcta al átomo le da la cantidad exacta de energía necesaria para promover el electrón al nivel de energía “infinito” (lo sé, lo sé … el infinito no es un número), momento en el cual el electrón está libre de El átomo.

Hay dos casos en los que se expulsa un electrón de un átomo / molécula:

1 – si la temperatura es muy alta, entonces la emisión del cuerpo negro cubre un amplio rango de frecuencia de fotones y los átomos muy excitados pueden absorber todo tipo de frecuencia de fotones porque se mueven tan rápido que muchos igualarán la frecuencia mediante el cambio de dopler

2 – El metal con la nube difusa de electrones puede aceptar cualquier fotón, cualquier frecuencia. Pero para expulsar un electrón de un átomo de metal, incluso si no están unidos tan fuertemente como en los cristales, todavía necesitan que el fotón tenga una frecuencia mínima … a menudo en el rango UV para la mayoría de los metales. La gran agilidad de los electrones en los metales es la razón por la que conducen el calor y la electricidad bastante bien.

Cuando la energía del fotón es menor de lo que se necesita para liberar el electrón, el electrón solo absorbe fotones a energías específicas, lo que le permite saltar entre los niveles de energía.

Pero cuando un fotón tiene más energía de la que se necesita para liberar el electrón por completo, el electrón no está sujeto a niveles de energía específicos. Puede absorber cualquier fotón, volverse libre, y todo el exceso de energía que recibe se convierte en energía cinética para el electrón.

Piense en los niveles de energía como un conjunto finito de niveles distintos (cada vez más espaciados), seguidos de un continuo de niveles.

El electrón puede escapar si es golpeado por un fotón con energía suficiente para superar la función de trabajo del metal, que combina el electrón con el metal y le proporciona energía cinética, este es el fenómeno fotoeléctrico, o si es un K electrón de concha, puede ser capturado por un protón de un núcleo, como P + e ——-> n + neutrino.

Uno de los procesos de desintegración beta, por supuesto, esto es sin absorción de fotones,

Se considera que todos los niveles de energía “vinculados” tienen energías inferiores a cero. Los electrones con energías superiores a cero no están unidos . Hay un número infinito de estados de electrones no unidos en cualquier intervalo por encima de la energía cero. Así que hay muchos niveles de energía que pueden ocupar cuando están libres.