エネルギー準位とエネルギーバンドの大きな違いは、エネルギー準位が原子レベルに存在するのに対し、エネルギーバンドは分子エネルギーレベルに存在することである。

そのエネルギーレベルには密接な関係があります。量子物理学では、電子のような閉じ込められた粒子は、量子化されたエネルギー（エネルギーの離散的な値）を持っているとされています。このような離散的な値をエネルギー準位と呼ぶことにする。一方、エネルギーバンドは、複数のエネルギー準位が連続的に組み合わされたものである。

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1. 概要と主な相違点 2. エネルギー準位とは 3. エネルギーバンドとは 4. サイドバンドエネルギー比較表 5. まとめ

エネルギー準位は何ですか？

エネルギー準位は、原子のエネルギー値を数値化したものです。原子の中には、原子核の周りを絶えず動く電子があります。この電子は離散的なエネルギー値を持つので、エネルギーが量子化されていると言う。量子化された各エネルギー値をエネルギー準位と呼ぶ。

さらに、特定の電子が原子核の周りを動き回ることができる領域であることから、エネルギー準位をエネルギー殻層と呼ぶこともできる。原子核に最も近いエネルギー準位をK殻層、その次の層をL殻層というように、殻層ごとに名前をつけています。量子物理学によれば、これらは「n」で示される主要なエネルギー準位である。

図1：エネルギーレベルダイアグラム

各エネルギー準位には、決まった数の電子が含まれています。例えば、第1エネルギー準位には2個の電子を、第2エネルギー準位には8個の電子を、第3エネルギー準位には18個の電子を保持することができる、といった具合だ。一般に、n番目のエネルギー準位にある電子の数を計算する式は2(n)2である。

エネルギー帯は何ですか？

連続したエネルギーバンドは、連続した電子のエネルギー準位の組み合わせである。そのため、主に分子レベルでの説明に使われる言葉である。複数の原子が結合して分子を形成している場合、電子は分子軌道に配置される。分子軌道とは、2つの原子軌道が組み合わさってできる軌道の一種である。

図2：エネルギーバンドの典型的な配置

原子軌道のエネルギー準位は非常に近いので、連続したエネルギーバンドを形成することができます。

エネルギーレベルとエネルギー帯の違い

エネルギー準位とは、原子のエネルギー値を数値化したものです。連続したエネルギーバンドは、連続した電子のエネルギー準位の組み合わせである。したがって、エネルギー準位とエネルギーバンドの重要な違いは、エネルギー準位は原子レベルに存在し、エネルギーバンドは分子レベルに存在することである。さらに、エネルギー準位が離散的な値であるのに対し、エネルギーバンドは連続的な値である。また、エネルギーバンドとエネルギー準位の違いも重要である。

概要 - エネルギーレベル vs. エネルギー帯

エネルギー準位とエネルギーバンドは、似ているようで微妙な違いがある言葉です。エネルギー準位とエネルギーバンドの大きな違いは、エネルギー準位は原子レベルに存在し、エネルギーバンドは分子レベルに存在することである。

引用

1 「エネルギー準位」、『ウィキペディア』、ウィキメディア財団、2019年3月1日、利用可能。