Фотоиндуцированное разделение зарядов

Фотоиндуцированное разделение заряда — это процесс , когда электрон в атоме или молекуле возбуждается на более высокий энергетический уровень в результате поглощения фотона и затем покидает атом или молекулу в свободное пространство или в ближайший акцептор электронов .

Модель Резерфорда

Атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного связанными электронами. Ядро состоит из незаряженных нейтронов и положительно заряженных протонов. Электроны заряжены отрицательно. В начале двадцатого века Эрнест Резерфорд предположил, что электроны вращаются вокруг плотного центрального ядра аналогично тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Центростремительная сила, необходимая для удержания электронов на орбите, обеспечивалась кулоновской силой протонов в ядре, действующей на электроны; точно так же, как гравитационная сила Солнца, действующая на планету, обеспечивает центростремительную силу, необходимую для удержания планеты на орбите.

Эта модель, хотя и привлекательна, не соответствует действительности в реальном мире. Синхротронное излучение заставило бы вращающийся электрон потерять орбитальную энергию и двигаться по спирали внутрь, поскольку векторная величина ускорения частицы, умноженная на ее массу (значение силы, необходимой для поддержания электрона в круговом движении), будет меньше электрической силы, протон приложен к электрону.

Как только электрон проникнет в ядро, электрон объединится с протоном, образовав нейтрон, и атом перестанет существовать. Эта модель явно ошибочна.

Модель Бора

В 1913 году Нильс Бор усовершенствовал модель Резерфорда, заявив, что электроны существуют в дискретных квантованных состояниях, называемых энергетическими уровнями . Это означало, что электроны могли занимать орбиты только при определенных энергиях. Здесь действуют законы квантовой физики , и они не соответствуют законам классической ньютоновской механики .

Электрон, неподвижный и полностью свободный от атома, имеет энергию 0 джоулей (или 0 электронвольт). Электрон, который описывается как находящийся в «основном состоянии», имеет (отрицательную) энергию, равную энергии ионизации атома. Электрон будет находиться на этом энергетическом уровне при нормальных обстоятельствах, если только основное состояние не заполнено, и в этом случае дополнительные электроны будут находиться в состояниях с более высокой энергией.

Если фотон света попадает в атом, он будет поглощен тогда и только тогда, когда энергия этого фотона равна разнице между основным состоянием и другим энергетическим уровнем в этом атоме. Это поднимает электрон на более высокий энергетический уровень.

Если фотон света, попавший в атом, имеет энергию, превышающую энергию ионизации, он будет поглощен, а электрон, поглотивший энергию, будет выброшен из атома с энергией, равной энергии фотона минус энергия ионизации.

См. также

• Ионизационная камера
• Энергия ионизации
• Фотокатализ
• Фотоэлектрический эффект
• Фотовольтаика