Apakah energi orbital bergantung pada suhu?
Dalam solusi Persamaan Schrodinger untuk tingkat energi orbital elektron dari atom hidrogen tidak ada ketergantungan suhu. $$ E_n = - \frac{m_{\text{e}} \, e^4}{8 \, \epsilon_0^2 \, h^2 \, n^2} $$
Mungkin ini karena mengabaikan efek suhu saat menurunkan Hamiltonian. Tidak ada sumber yang saya lihat menyebutkan asumsi tentang suhu. Apakah energi orbital elektron bergantung pada suhu terlepas dari persamaan umum ini?
Jika gas hidrogen dipanaskan hingga mendekati ionisasi, maka dibutuhkan waktu kurang dari 13,6 eV untuk melepaskan elektron.
Untuk beberapa alasan saya kesulitan mengonfirmasi semua ini melalui google. Apakah 13,6 eV tidak peduli berapa suhunya atau apakah ada ketergantungan suhu?
Jawaban
Mungkin ini karena mengabaikan efek suhu saat menurunkan Hamiltonian.
Bagaimana Anda mendefinisikan panas pada level kuantum? Persamaan Schrodinger menjelaskan bagaimana objek berperilaku pada level kuantum dan panas menggambarkan energi bentuk yang ditransfer antar objek dengan suhu yang berbeda. Suhu adalah besaran makroskopis dan bukan mikroskopis. Persamaan di atas menjelaskan energi elektron dalam kulit tertentu dan elektron ini dapat mengubah energi dengan penyerapan atau emisi foton, dan foton tidak memiliki suhu.
Tidak ada sumber yang saya lihat menyebutkan asumsi tentang suhu.
Untuk alasan itu.
Apakah energi orbital elektron bergantung pada suhu terlepas dari persamaan umum ini?
Tidak, mereka bukan.
Jika gas hidrogen dipanaskan hingga mendekati ionisasi, maka dibutuhkan waktu kurang dari 13,6 eV untuk melepaskan elektron.
Tidak. Pemanasan hidrogen tidak akan menyebabkan absorpsi foton yang diperlukan untuk mengionisasi hidrogen (metode ionisasi atom lain ada, tapi saya berbicara dalam konteks pertanyaan ini). Selain itu, hidrogen akan terionisasi pada penyerapan foton dengan energi ini dan tidak kurang dari itu . Ini adalah inti dari istilah energi dan kuantitas lainnya dihitung pada tingkat mikroskopis yang memunculkan mekanika kuantum.
Apakah 13,6 eV tidak peduli berapa suhunya atau apakah ada ketergantungan suhu?
Sekali lagi suhu tidak relevan di sini. Agar ionisasi terjadi, foton harus diserap (ada cara lain untuk mengionisasi atom juga). Jadi untuk menjawab pertanyaan Anda, tidak ada ketergantungan seperti itu.
Selain jawaban @Dr jh, saya ingin menambahkan bahwa pengaruh suhu pada spektrum atom adalah bagian dari apa yang dikenal sebagai pelebaran garis Doppler.
Dalam fisika atom, pelebaran Doppler adalah pelebaran garis spektrum akibat efek Doppler yang disebabkan oleh sebaran kecepatan atom atau molekul. Kecepatan yang berbeda dari partikel yang memancarkan menghasilkan pergeseran Doppler yang berbeda, efek kumulatifnya adalah pelebaran garis. Profil garis yang dihasilkan ini dikenal sebagai profil Doppler. Kasus khusus adalah pelebaran Doppler termal karena gerakan termal partikel. Kemudian, pelebaran hanya bergantung pada frekuensi garis spektral, massa partikel yang memancarkan, dan suhunya, dan oleh karena itu dapat digunakan untuk menyimpulkan suhu benda yang memancarkan.
Cetak miring milik saya
Saya pikir pertanyaan ini memungkiri kesalahpahaman tentang sifat suhu.
Suhu bukanlah masukan bagi hukum fisika fundamental, itu adalah sesuatu yang keluar dari hukum fisika bila diterapkan pada sejumlah besar objek. Tidak ada suhu eksplisit dalam persamaan Schrödinger untuk atom hidrogen. Konsep suhu hanya muncul jika Anda mempertimbangkan persamaan Schrödinger untuk sejumlah besar atom hidrogen yang dapat bertukar energi satu sama lain.
Persamaan Schrödinger (atau hukum Newton atau persamaan Maxwell) menetapkan aturan dasar tentang bagaimana atom dan molekul (atau benda lain) berperilaku. Namun, biasanya sulit untuk mengetahui prediksi aturan ini untuk sesuatu yang lebih dari sistem sederhana. Inti dari mekanika statistik adalah untuk memprediksi perilaku rata-rata dari sejumlah besar sistem sederhana seperti itu di bawah batasan yang diberikan oleh aturan dasar (hukum fisika fundamental). Temperatur adalah konsep yang muncul dari statistik sejumlah besar derajat kebebasan yang dapat bertukar energi. Sekali lagi, ini bukan masukan untuk persamaan Schrödinger atau hukum Newton, tetapi konsekuensi dari persamaan tersebut!
Suhu adalah sifat makroskopis. Atom individu tidak memiliki suhu. Sebuah analogi adalah ketidaksetaraan pendapatan: masuk akal untuk menanyakan berapa banyak ketidaksetaraan pendapatan yang dimiliki suatu negara atau negara bagian atau kota, tetapi tidak masuk akal untuk menanyakan berapa banyak ketidaksetaraan pendapatan yang dimiliki seseorang. Versi sederhana dari apa itu suhu adalah bahwa itu adalah ukuran seberapa besar perbedaan kecepatan antar atom. Sama seperti tidak masuk akal untuk menanyakan seberapa besar perbedaan antara pendapatan ketika Anda berbicara tentang satu orang, tidak masuk akal untuk menanyakan seberapa besar perbedaan kecepatan jika Anda berbicara tentang satu orang. atom.
Jika ada, memanaskan gas akan meningkatkan energi ionisasi. Energi ionisasi diberikan untuk kerangka acuan atom. Jika sebuah atom bergerak dengan kecepatan tinggi relatif terhadap kita, maka energi ionisasi dalam energi kerangka kita meningkat.
Tidak jelas apa yang Anda maksud dengan "dipanaskan hingga mendekati ionisasi". Menurut ini , 13,6 eV sama dengan 158 ribu derajat Kelvin. Jadi jika Anda memanaskan hidrogen ke suhu tersebut, Anda akan melihat ionisasi dari tumbukan. Tetapi bukan berarti energi ionisasi berkurang , itu berarti energi tersebut terpenuhi .