Elektronenanregung

Azkaenion · Anmeldungsdatum: 21.06.2020 Beiträge: 301

Frage: Licht gehört doch zu der elektromagnetischen Strahlung.
Jeder Stoff hat einen Wert der überschritten werden muss, um Elektronen heraus lösen zu können aus der Oberfläche. Bei rostfreien Edelstählen liegt dieser Wert über 4 und somit reicht die Intensität von normalem tageslicht nicht aus umd Elektronen heraus zu lösen. Aber wie iest es mit der Elektronenanregung?

willyengland · Anmeldungsdatum: 01.05.2016 Beiträge: 679

Wenn mit "4" 4 eV gemeint ist, dann müsste das Elektron mit mindestens 4 V beschleunigt werden, oder?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110

Erstmal bitte klären, was "4" sein soll.

Dann: bei geringeren Energien als der Auslöse-Arbeit können elektronische Übergänge zwischen gebundenen Systemen stattfinden, wenn die Energie des Photons zu einer Energiedifferenz "freier Zustand – besetzter Zustand" passt.

Das geschieht u.U. schon bei sehr niedrigen Energien, z.B. bei der thermischen Anregung von Elektronen.

Azkaenion · Anmeldungsdatum: 21.06.2020 Beiträge: 301

Mit der 4 meinte ich die notwenige Energie des Lichts die notwendig ist um Elektronen heraus zu lösen. ich glaube das heißt Austrittsarbeit.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110

4 eV? 4 kJ? Oder 4 Megatonnen?

Ich vermute 4 eV.

Sagt dir das Bändermodell der Festkörper etwas? Valenz- und Leitungsband? Fermi-Energie?

Azkaenion · Anmeldungsdatum: 21.06.2020 Beiträge: 301

Leider nein.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110

Sagen dir die Energiezustände in einem Atom etwas?

tom_sawyer · Gast

die austrittsarbeit, ich glaube so nennt man das, wäre bei zink zb 4.34ev

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110

Hier eine kurze Zusammenfassung:

Energiebänder entstehen aus den Energiezuständen einzelner Atome, wenn diese einen Festkörper bilden. Zuvor haben einzelne Atome diskrete Energieniveaus. Wenn sich die Atome jedoch nah genug kommen, wechselwirken die Elektronen, die diese Zustände besetzen, untereinander. Aufgrund dieser Wechselwirkung spaltet sich sich jedes ursprüngliche Niveau in verschiedene Niveaus mit leicht unterschiedlichen Energien auf. Aufgrund der großen Zahl beteiligter Elektronen resultieren quasi-kontinuierliche Energiebänder.

Ein Band resultiert also aus der Aufspaltung der zunächst energetisch identischen Zustände vieler einzelner Atome und repräsentiert einen Energiebereich erlaubter Zustände

Nun gibt es zwei Effekte:

1. Betrachtet man zwei verschiedene Zustände, so spalten diese unterschiedlich auf. Dabei kann die Aufspaltung zweier durch eine gewisse Übergangsenergie getrennter Zustände so stark sein, dass die beiden resultierenden Bänder überlappen. Oder die Aufspaltung ist geringer, zwischen den beiden Bändern verbleibt ein weiterhin verbotener Energiebereich, die so genannte Bandlücke.

Wir haben also zwei Bänder

2. Durch die Wechselwirkung deformieren sich die Wellenfunktionen. Ursprünglich waren diese immer an einem Atom lokalisiert, sie können – müssen jedoch nicht – sich ausdehnen, so dass sich ein Zustand über den kompletten Festkörper ausdehnt. Im ersten Fall bleibt ein Elektron, das diesen lokalisierten Zustand besetzt, weiterhin an seinem ursprünglichen Atom gebunden; diese Zustände bilden das so genannte Valenz-Band. Im zweiten Fall kann sich das Elektron, das einen derart nicht-lokalisierten Zustand besetzt, quasi-frei im gesamten Festkörper bewegen; man spricht von einem Leitungs-Band.

Die Zustände sind zunächst ein mathematisches Konstrukt, sie können jedoch – ähnlich wie die Energieniveaus in einem Atom – von unten nach oben durch die Elektronen des Festkörpers besetzt werden. Wenn bei dieser Besetzung die obersten besetzten Zustände innerhalb des Energiebereiches des Leitungsbandes liegen, so liegt ein elektrischer Leiter vor; ein Elektron befindet sich in einem delokalisierten Zustand bzw. L kann durch minimale thermische Energie in einen solchen angeregt werden (ist der oberste besetzte Zustand jedoch durch eine Bandlücke vom Leitungsband getrennt, so liegt ein Halbleiter oder Isolator vor).

Die Austrittsarbeit eines Metalls entspricht nun gerade der Energiedifferenz vom obersten besetzten Zustand innerhalb des Leitungbandes bis zum niedrigsten Zustand, in dem das Elektron nicht mehr im Festkörper gebunden ist. Hat ein Photon diese Energie, kann es ein Elektron herauslösen.

Hat ein Photon eine geringere Energie, aber ist diese gerade passend, um einen Zustand innerhalb des Bandes (oder eines darüberliegenden) zu erreichen, so kann das Elektron angeregt werden.

Ausgehend von der ursprünglichen Energie muss für einen möglichen Übergang in irgendein Band n also gelten

Und dieser Zustand muss natürlich noch umgesetzt sein!

In einem Leiter (am Temperaturnullpunkt) ist das Valenzband vollständig mit Elektronen besetzt, das Leitungsband ist unbesetzt. Da jedoch beide Bänder überlappen, kann ein Photon beliebig kleiner Energie ein Elektron im obersten Zustand des Valenzbandes anregen; etwas energiereichere Photonen regen ein Elektron in höhere Zustände des Leitungbandes an – bis zu dessen maximaler Energie, oberhalb derer der Energiebereich wieder verboten ist.

Azkaenion · Anmeldungsdatum: 21.06.2020 Beiträge: 301

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110