■ちょっとした物理の質問はここに書いてね298■

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483: ご冗談でしょう？名無しさん [sage] 2025/03/05(水) 09:30:32.98 ID:???

水素原子内部の電子の運動エネルギーは13.6eV
そして水素の電子に13.6eVのエネルギーを与えると水素から電離して飛び出してくる。
同じ事が金属でも起こると思ったのに、金属では起きないらしい。
水素の電子と金属の自由電子は一体何が違うんだ？
元々持っている運動エネルギーと同じエネルギーを与えたら
電離して飛び出してくるんじゃなかったのか？
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回答
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水素原子と金属の電子の振る舞いの違いは、以下の点に起因します：

束縛状態の違い
水素原子の電子は、原子核（陽子）に強く束縛されています。13.6 eVは水素原子の電離エネルギーであり、この値は電子を原子から完全に引き離すのに必要なエネルギーです1。一方、金属の自由電子は原子核に強く束縛されておらず、金属全体を自由に動き回ることができます。

エネルギー準位の構造
水素原子の電子は離散的なエネルギー準位を持ち、基底状態から励起状態、そして電離状態へと遷移します3。金属の自由電子は、バンド構造を形成し、連続的なエネルギー準位を持ちます。

集団的な振る舞い
金属中の自由電子は、個々の原子ではなく、金属全体の電子の海の一部として振る舞います。このため、個々の電子に与えられたエネルギーは他の電子と共有され、容易には金属から飛び出しません。

仕事関数
金属から電子を取り出すには、フェルミエネルギーから真空準位までのエネルギー差（仕事関数）を超えるエネルギーが必要です。この値は金属によって異なり、水素原子の電離エネルギーとは別の概念です2。

イオン化傾向
金属には陽イオンになりやすい性質（イオン化傾向）があります2。これは電子を失いやすいことを意味しますが、同時に金属全体としての電気的中性を保つため、電子は金属内にとどまる傾向があります。

したがって、水素原子の電子と金属の自由電子では、その束縛状態、エネルギー構造、集団的振る舞いが大きく異なるため、同じエネルギーを与えても異なる挙動を示すのです。

http://rio2016.5ch.net/test/read.cgi/sci/1739631989/483

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