¿Por qué una capa de electrones más alejada del núcleo tiene un nivel de energía más alto?

Uso de energía potencial eléctrica V = 1 4 π ε 0 q 1 q 2 r , una partícula más alejada del núcleo tiene menor magnitud de energía.

Usando la ley de Coulomb, una partícula más alejada del núcleo experimenta una atracción más débil, por lo que se necesita menos energía para mantener la órbita. ⋆ alrededor de esa capa electrónica en comparación con una capa de electrones más cercana al núcleo, por lo tanto, la que está más cerca del núcleo supuestamente debería tener una energía más alta.

⋆ lo se en realidad mi − no orbita alrededor de un átomo, pero su posición existe como una densidad de probabilidad o una función de probabilidad radial.

De prisa, así que solo te daré una pista: ¿Cuál es el signo de Q1? Q2? ¿Qué efecto tiene eso en tu razonamiento de que la energía potencial disminuye a medida que r aumenta?
Además, no considere las magnitudes absolutas , solo causará confusión. Deberías considerar la diferencia en PE entre dos posiciones...
Ah si! Vale, ahora entiendo mejor. Sí, no se necesita energía para que un electrón mantenga una órbita, ya que la aceleración es perpendicular a la dirección del movimiento. Eliminar e- de un átomo o pasarlo a un nivel de energía más alto requiere energía. Me di cuenta de mi concepto erróneo. ¿Qué pasa con el concepto de por qué las capas de electrones de número cuántico principal más alto tienen un nivel de energía más alto?

Respuestas (4)

La energía potencial almacenada en un sistema de dos cargas iguales aumentará con la disminución de la distancia entre ellos. Mientras que para un sistema de dos cargas diferentes, la energía potencial disminuye con la disminución de la distancia (significa que la energía potencial se libera si se acercan), lo que explica el aumento de la atracción.

En la ecuación que proporcionaste, la energía potencial en el sistema núcleo-electrón es negativa . Esto significa que la energía potencial del sistema se libera y, por lo tanto, indica la atracción del núcleo con el electrón (así es como alcanzan la estabilidad).

Por lo tanto, un sistema que consta de un electrón lejos del núcleo tendrá una alta energía potencial almacenada, lo que indica que tiene suficiente energía potencial para superar las fuerzas de atracción (significa que las fuerzas de atracción entre el electrón y el núcleo son menores). Esto significa que la energía potencial liberada por un electrón lejos del núcleo es muy inferior. Por lo tanto, los electrones más externos son menos estables.

Para un electrón muy cercano al núcleo, la energía potencial es mínima, lo que significa que el sistema que comprende el núcleo y un electrón más cercano libera la mayor parte de su energía potencial (de modo que el sistema ahora tendrá una energía potencial menor) para tener un atractivo mayor. fuerza, que a su vez corresponde a la máxima estabilidad.

Por lo tanto, se requiere una gran cantidad de energía para liberar un electrón de la capa más interna en lugar de liberar un electrón de la capa más externa . Es por eso que decimos que el electrón en la capa más externa tiene una energía (potencial) más alta que las capas más internas. Por lo tanto, se necesita menos cantidad de energía para liberar el electrón de la capa más externa.

<Para un electrón muy cerca del núcleo, la energía potencial es mínima> No pude entender la afirmación ya que la energía potencial de una partícula es la cantidad de energía almacenada en ella debido a la presencia de un campo, es decir, el campo de carga nuclear y su valor es mayor cuando te acercas.
La energía potencial es negativa significa que la energía se libera. Más fuerza de atracción corresponde a menos energía potencial.
Si el electrón cercano al núcleo es muy energético, será inestable. La energía potencial se almacena en el sistema. Pero la energía es negativa. A medida que te alejes del núcleo, más menos negativa será la energía potencial. ¿Cuál es mayor- Menos negativo o más negativo?
El potencial de la carga positiva se reduce por la presencia de una carga negativa. Así es como se libera la energía potencial almacenada en el sistema. Cuando dos cargas similares se acercan, se necesita realizar un trabajo en el sistema que se agregará como la energía potencial del sistema. En el caso de dos cargas diferentes, el trabajo lo realiza el propio sistema, lo que corresponde a una disminución de la energía potencial almacenada en el sistema. Entonces, la energía potencial será mínima para dos cargas diferentes y máxima para dos cargas iguales.
Creo que la energía que une una partícula a un sistema se juzga mejor por la energía requerida por una agencia para llevar el cuerpo a un estado no unido y ese es el quid de la cuestión: los estados más cercanos a un núcleo son tales que usted necesita más energía para liberar la partícula, por lo que es un estado límite superior.
Obviamente, la energía requerida para liberar un electrón de su capa está determinada por la energía del electrón que ocupa esa capa. Dado que la capa más interna tiene menos energía potencial, se requirió una gran energía para romper el electrón de la órbita interna.
Un electrón en la capa más externa está menos unido al núcleo. Por lo tanto, solo se requiere menos energía para que el electrón escape de la fuerza de enlace nuclear. Esto significa que un electrón que ocupa la capa más externa se caracteriza por una alta energía. Por lo tanto, se requiere muy poca energía para separar el electrón de las fuerzas de atracción del núcleo.

La energía en un nivel norte es dado por

mi = − Z 2 R mi norte 2
dónde R mi es la energía de Rydberg ( R mi = 13.6 mi V ).

Por lo tanto, mayor norte significa menor energía (en valor absoluto), es decir, el electrón está menos acotado.

Está bien, eso es cierto. Estoy de acuerdo con usted. ¡Gracias por su respuesta! Sin embargo, hay un aspecto que no entiendo. En química, la capa de electrones de número cuántico principal más alto tiene niveles de energía más altos. .
@DeDay ambas cosas son ciertas. Los números cuánticos más altos tienen una energía más alta y los números cuánticos más altos tienen un valor absoluto de energía más bajo. Sin embargo, el "valor absoluto de la energía" es una cantidad sin sentido, por lo que probablemente enfatizan el hecho de que los números cuánticos más altos tienen una energía más alta.
Sería muy bueno explicar qué significan todos los símbolos (falta Z) y cuál es el significado de la energía de Rydberg. Bastante simple, pero probablemente haría que la respuesta fuera sustancialmente más informativa con un poco de contexto agregado.
Envejezco con luk32. No puedo encontrar la ecuación anterior desde aquí ( en.m.wikipedia.org/wiki/Rydberg_constant ) pero logro encontrar una ecuación similar. Me pregunto qué es z también. Supongo que el número de protones.
Pero no hay mayor energía para el mismo norte pero mayor yo también ? que causa eso?

Por E=−Z^2RE/n2 donde RE es la energía de Rydberg A medida que n aumenta, EPE se vuelve menos -ve (es decir, más +ve), lo que indica un mayor nivel de energía

O

EPE = 1/4πε( Qproton Qe-) /r, a medida que aumenta r, EPE se vuelve menos -ve (es decir, más +ve), lo que indica un mayor nivel de energía

Gracias a todos los que ayudaron !

Por E=−Z^2RE/n2 donde RE es la energía de Rydberg A medida que n aumenta, EPE se vuelve menos -ve (es decir, más +ve), lo que indica un nivel de energía más alto<

O

EPE = 1/4πε( Qproton Qe-) /r, a medida que aumenta r, EPE se vuelve menos -ve (es decir, más +ve), lo que indica un nivel de energía más alto<

¡Gracias a todos los que ayudaron!<

Lamento discrepar sobre la explicación anterior proporcionada por el autor @ De Day:

La energía más alta adquirida por un electrón está en la capa K, y la energía disminuye lentamente a medida que uno se mueve a las capas L, M, N...

la confirmación es que la energía requerida para sacar un electrón de la capa K es la más alta y en la emisión de rayos X, los electrones del cátodo de alta velocidad eliminan los electrones de la capa K y necesita alrededor de 20-25 keV de energía.

Por lo tanto, deseo agregar que los niveles de energía que están más cerca del núcleo son los más altos y la afirmación anterior del autor no es correcta.

Además, si se elimina un electrón de la capa K y se crea una vacante, cualquier transición desde los niveles LM... conduce a líneas de emisión de longitud de onda más baja y líneas características de rayos X de frecuencia más alta . Este paquete de energía contiene la diferencia de niveles de energía del átomo. la magnitud de esta energía también sugiere que E(K)-E(m)= h. frecuencia _ es el más grande

Creo que la confusión es que la energía total de los estados enlazados es la suma de su KE y PE y la energía total tiene que ser negativa para los estados enlazados y es más alta a medida que uno se acerca a la carga nuclear +ze.

Solo pensando en la energía potencial, uno tiene que considerar que el campo de carga nuclear ha realizado un trabajo sobre el electrón para llevarlo a un radio de capa y este trabajo realizado es mayor si uno se acerca.

la prueba consiste en suministrar energía para extraer un electrón K y el valor de la energía necesaria para extraer será nuevamente mayor que L, M,... y otros electrones de la capa.

Si ese es el caso, ¿por qué un electrón excitado pasa a un estado de mayor energía? Por ejemplo, cuando se excita un electrón en la capa K, ¿subirá a la capa L? La justificación experimental que proporcionó es cierta, pero el razonamiento es pobre.
<por qué un electrón excitado pasa a un estado de mayor energía>
Lee un poco sobre física atómica, electrodinámica, mecánica cuántica, etc. Te ayudará.
<por qué un electrón excitado pasa a un estado de mayor energía> @unnikrishnan el electrón cuando absorbe energía va a capas más altas, con valores n más altos, no con mayor energía, ya que este movimiento lo acerca al continuo. los niveles de energía más profundos son el nivel K: se encuentra en un pozo de potencial y cuanto más profundice, alcanzará un valor de energía más negativo. Sentido común: -10 ev es más profundo que -5 ev. como en la dirección +ve uno tiene valores más altos de manera similar en la dirección -ve uno tiene valores más altos hasta el infinito.
-10 eV es menos que -5 ev
La verdad es que estoy muy confundido. Entonces, ¿por qué las capas de electrones más alejadas del núcleo tienen un nivel de energía más alto?
Por cierto, este razonamiento es incorrecto, un e- más cercano al núcleo tiene una energía (potencial) más baja, por lo tanto, se necesita más energía para liberarlo. Un e- más alejado del núcleo tiene mayor energía (potencial), por lo que se necesita menos energía para liberarlo.
(Sé que e- más cerca del núcleo tiene mayor velocidad, por lo tanto, energía cinética que e- más lejos del núcleo, pero no estoy seguro de cómo conciliar este hecho)
Espero que pueda haber una respuesta unificadora a este tema.
Creo que el modelo de Bohr y el modelo de órbita elíptica del átomo de Sommerfield se construyeron sobre una base mecánica clásica, muy similar al movimiento planetario bajo la gravitación con un jinete de cuantización de energía y momentos. Los niveles de energía son el trazado de la energía total en un diagrama. donde los estados vinculados ocurren naturalmente por debajo del valor cero. Por lo tanto, las energías aumentan lentamente hacia valores más negativos, lo que no significa que sean estados de energía negativos. que los niveles superiores cercanos al valor cero.
¿Por qué una capa de electrones más alejada del núcleo tiene un nivel de energía más alto?
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