Fotoinducerad laddningsseparation
Fotoinducerad laddningsseparation är processen där en elektron i en atom eller molekyl exciteras till en högre energinivå genom absorptionen av en foton och sedan lämnar atomen eller molekylen till fritt utrymme eller till en närliggande elektronacceptor .
Rutherford modell
En atom består av en positivt laddad kärna omgiven av bundna elektroner. Kärnan består av oladdade neutroner och positivt laddade protoner. Elektroner är negativt laddade. I början av 1900-talet Ernest Rutherford att elektronerna kretsade runt den täta centrala kärnan på ett sätt som är analogt med planeter som kretsar runt solen. Den centripetalkraft som krävdes för att hålla elektronerna i omloppsbana åstadkoms av Coulomb-kraften från protonerna i kärnan som verkar på elektronerna; precis som solens gravitationskraft som verkar på en planet ger den centripetalkraft som krävs för att hålla planeten i omloppsbana.
Även om den här modellen är tilltalande, stämmer den inte i den verkliga världen. Synkrotronstrålning skulle få den kretsande elektronen att förlora orbital energi och spiralera inåt eftersom vektorns accelerationsmängd för partikeln multiplicerat med dess massa (värdet av kraften som krävs för att hålla elektronen i cirkulär rörelse) skulle vara mindre än den elektriska kraften som proton applicerad på elektronen.
När elektronen väl spiralerade in i kärnan skulle elektronen kombineras med en proton för att bilda en neutron, och atomen skulle upphöra att existera. Denna modell är helt klart fel.
Bohr modell
År 1913 förfinade Niels Bohr Rutherford-modellen genom att konstatera att elektronerna existerade i diskreta kvantiserade tillstånd som kallas energinivåer . Detta innebar att elektronerna bara kunde ockupera banor vid vissa energier. Kvantfysikens lagar gäller här, och de överensstämmer inte med lagarna för klassisk newtonsk mekanik .
En elektron som är stationär och helt fri från atomen har en energi på 0 joule (eller 0 elektronvolt). En elektron som beskrivs vara i "grundtillstånd" har en (negativ) energi som är lika med atomens joniseringsenergi . Elektronen kommer att finnas på denna energinivå under normala omständigheter, om inte grundtillståndet är fullt, i vilket fall ytterligare elektroner kommer att finnas i högre energitillstånd.
Om en foton av ljus träffar atomen kommer den att absorberas om, och endast om, energin för den fotonen är lika med skillnaden mellan grundtillståndet och en annan energinivå i den atomen. Detta höjer elektronen till en högre energinivå.
Om en foton av ljus som träffar atomen har energi som är större än joniseringsenergin, kommer den att absorberas och elektronen som absorberar energin kommer att kastas ut från atomen med en energi lika med fotonenergin minus joniseringsenergin.
Se även