とびとびのエネルギー状態とは？原子や分子の量子エネルギーを図で解説

物理や化学でよく出てくる「とびとびのエネルギー状態」とは、原子や分子の電子が取りうる離散的なエネルギーのことを指します。電子は連続的に任意のエネルギーを取れるのではなく、特定の値にしか存在できません。

量子エネルギーとは何か

原子の電子は、核の周りの決まった軌道にしか存在できず、それぞれの軌道に対応したエネルギーがあります。このため、電子はある軌道から別の軌道に移るとき、必ずエネルギーを吸収または放出します。

例えば、水素原子の場合、電子が1番目の軌道（基底状態）から2番目の軌道に移るには特定のエネルギー量が必要です。このエネルギーは飛び飛びで、途中の値は取りません。

下の図のように、電子の取りうるエネルギーは階段状に配置されており、上に行くほどエネルギーが高くなります。

基底状態E1, 第一励起状態E2, 第二励起状態E3…というように、電子はE1からE2、E2からE3と段階的にジャンプします。エネルギーの間隔が連続ではなく、とびとびであるため「離散的」と呼ばれます。

例として光の吸収や放出の際に現れるスペクトル線は、この離散的なエネルギーのジャンプによって生じます。

「とびとびのエネルギー状態」とは、原子や分子の電子が取りうる離散的なエネルギーのことです。電子は連続的に存在できず、決まったエネルギー値の間をジャンプすることで光の吸収や放出が起こります。図で示すと階段状に見えるため、直感的に理解しやすくなります。