Co je míněno vzrušeným atomem?

Úvod

Fyzický stav systému je obecně popsán množinou proměnných. Uvažujme o proměnné „Vnitřní energie systému“

Stavy systému

O systému se říká, že je v „základním stavu“ když je na nejnižší možné energetické úrovni Jakýkoli jiný stát je pak „vzrušený stav“ a odpovídaly by energetické hladině větší, než je úroveň základního stavu (podle definice je to minimální úroveň)

Příklad

Vezměme jako fyzický systém atom vodíku, který je tvořen protonem a elektronem.

Je to vázaný kvantově mechanický systém, takže úroveň energie je diskrétní. Předpokládejme, že elektron je na nejnižší možné oběžné dráze (s1): to je základní stav systému.

Pokud poskytnete správné množství energie (pamatujte, že energetické spektrum je diskrétní) pomocí fotonu dopadajícího na systém, pak systém absorbuje energii fotonu a uloží ji jako „vnitřní energii“ s elektronový skok na vnější orbitaly. Pak se systém přesune do vzrušeného stavu, protože již není v základním stavu (jeho jedinečný elektron změnil oběžnou dráhu).

Vezměte v úvahu, že systémy obecně mají tendenci minimalizovat svou potenciální energii, takže „vzrušené stavy“ jsou nestabilní: čím déle systém zůstane vzrušený, tím vyšší je pravděpodobnost rozpadu.

Na závěr našeho příkladu pojďme zvážit případ, kdy se atom stane iontem, stane se, když je množství absorbované energie tak vysoké, že elektron může překonat negativní potenciální bariéru vázaného stavu a stát se „ volná částice “(ve skutečnosti si musíte pamatovat dualitu částicových vln).

V takovém případě nelze říci, že je systém vzrušený, zcela se změnil: již to není vázaný systém qm složený z protonu a elektronů.

Komentáře

• Děkuji Nicole za odpověď …… jen pro objasnění: Takže vzrušený atom je ten, jehož energie se zvýšila, což se projevuje jako přenos některých jejích elektronů na vzdálenější orbitaly. Pokud je atom přemístěn rychleji, i když má ve srovnání s počátečním stavem vyšší energii, nenazývá se to vzrušením atomu, že? Má to co do činění pouze s elektrony. V pořádku?
• Technicky vzato to záleží na referenčním rámci, který používáte. Jako fyzický systém jsem zvolil atom vodíku, takže jsem referenční rámec soustředil na samotný atom, a proto se soustředil jen na jeho vnitřní stav (a stupně volnosti). Pokud dáváte referenční rámec mimo atom, může vzít v úvahu také jeho potenciál (kvůli vnějšímu poli) a kinetickou energii, ale pak se váš systém stane plynem.
• Tuto část nedostávám “ ze systému se stane plyn. “

Vzrušení je zvýšení energetické hladiny nad libovolný základní energetický stav.

“ V angličtině, prosím! “

Takže to, co se v podstatě říká, je to, že atom je považován za „vzrušený“, když je jeho energetická úroveň vyšší než zbytek. To se může projevit jako teplo, světlo atd. Například Aurora Borealis. Aurora je okamžik, kdy záření ze slunce vzrušuje atomy ve vzduchu. Tyto atomy se musí vrátit zpět k základní linii, takže uvolňují energii jako světlo.

Váš kuchyňský sporák je dalším příkladem. Molekuly vody hned vedle ohřívače zrychlily, takže začaly narážet na další molekuly vedle nich a vzrušovaly je. A tím se nádoba zahřeje.

Elektrony v zásadě upřednostňují zůstat v atomu na nejnižší energetické úrovni. Pokud je mu dána určitá část energie, skočí na vyšší energetickou hladinu. Existují diskrétní úrovně enegry, takže e- by přijímalo pouze určitou energii, aby bylo vyloučeno na vyšší energetickou hladinu. Když se vrátí do nižšího stavu, vydává energii ve formě fotonů. Více vyhledejte vodíkové spektrum.

Vezměte v úvahu následující model atomu:

Pamatujte, že se jedná pouze o model a zatímco je dobrý model, který povznáší naše chápání subatomárního světa, je to stále jen model a realita bude vypadat jinak. Jak přesně? Nevíme. Model je však dost dobrý na to, abychom pochopili, co je to vzrušený atom.

S touto námitkou z cesty se můžeme nejprve pokusit pochopit, jaký je základní stav. uprostřed máte protony a neutrony, které jsou hustě zabaleny do jádra. Je kladně nabitý $ Ze $, kde $ Z $ je počet protonů a $ e $ je jednotkový náboj. Stejné číslo $ Z $ elektronů musí obíhat kolem jádra, aby byl tento atom neutrální. Pokud vezmeme v úvahu $ Z = 1 $, máme pouze jeden elektron a můžeme ignorovat pravidla, kde přesně je dovoleno, aby byl elektron kvůli přítomnosti jiných elektronů ( viz Pauliho princip pro další informace).

Energetické hladiny atomu jsou kvantovány. To znamená, že existují pouze určité úrovně, kde elektron je povoleno obíhat. Na obrázku jsou zobrazeny šedými kruhy („skořápkami“). Pokud elektron sedí na nejvnitřnější skořápce ($ n = 1 $), má nejnižší energii. Pokud sedí na druhé skořápce ($ n = 2 $), má více energie atd. Atom typicky chce být ve svém základním stavu, kde má nejnižší možnou energii, tj. Kde je elektron na první skořápce. Když elektron obíhá na jiném plášti než na prvním, nazýváme atom vzrušený. K vzrušení atomu může dojít např. ozářením, kdy elektron absorbuje energii z fotonu (světla), aby se dostal k jedné z vnějších skořápek. Po chvíli se elektron vrátí zpět do nejvnitřnějšího obalu, tj. Atom se vrátí do základního stavu. Jelikož je ve stavu s nižší energií, ochrana energie nám říká, že musí emitovat energii zbylou. To se provádí vyzařováním fotonu s velmi typickou vlnovou délkou (další informace viz spektrální čáry ). Na obrázku je to znázorněno červenou vlnovkou, kde $ \ Delta E $ je energetický rozdíl mezi 2. a 3. pláštěm a také energie, kterou foton odnese.