Hvad menes med et ophidset atom?

Introduktion

Generelt beskrives en fysisk systemtilstand af et sæt variabler Lad os overveje variablen “System Internal Energy”

Systemtilstande

Et system siges at være i sin “jordtilstand” når det er på det lavest mulige energiniveau Enhver anden stat er så en “ophidset stat”, og de svarer til et energiniveau, der er højere end jordtilstandens (per definition er det minimumsniveauet)

Eksempel

Lad os som fysisk system betragte hydrogenatomet, der er dannet af en proton og en elektron.

Det er et bundet kvantemekanisk system, så energiniveauet er diskret. Lad os antage, at elektronen er i den lavest mulige orbital (s1): det er systemets jordtilstand.

Hvis du tilvejebringer den rigtige mængde energi (husk at energispektret er diskret) ved hjælp af en foton, der rammer systemet, vil systemet absorbere fotonens energi og gemme den som “intern energi” med elektron hopper til ydre orbitaler. Så så bevæger systemet sig til en ophidset tilstand, da det ikke længere er i sin jordtilstand (dets unikke elektron har skiftet orbital).

Overvej, at systemer generelt har tendens til at minimere deres potentielle energi, så “ophidsede tilstande” er ustabile: jo længere systemet forbliver ophidset, jo højere er sandsynligheden for et henfald.

For at afslutte vores eksempel, lad os overveje tilfældet med atomet bliver en ion, det sker, hvis mængden af absorberet energi er så høj, at elektronen kan overvinde den negative potentielle barriere for den bundne tilstand og blive en “ fri partikel ”(faktisk skal du huske på partikelbølge-dualitet).

I så fald kan du ikke sige, at systemet er ophidset, det har ændret sig fuldstændigt: det er ikke længere bundet qm-system, der består af proton og elektron.

Kommentarer

• Tak Nicola for dit svar …… bare for at præcisere: Så et ophidset atom er et, hvis energi er steget, hvilket udstilles som en overførsel af nogle af dens elektroner til længere orbitaler. Hvis et atom bringes til at bevæge sig hurtigere, selvom det har højere energi i forhold til den oprindelige tilstand, kaldes dette ikke spændende et atom, ikke? Det har kun at gøre med elektronerne. Lige?
• Nå, teknisk set afhænger det af den referenceramme, du bruger. Jeg har valgt som fysisk system Hydrogen Atom, så jeg har sat referencerammen centreret om selve atomet og derfor kun fokuseret på dets interne tilstand (og frihedsgrader) Hvis du placerer referencerammen uden for atomet, kan også overveje dets potentiale (på grund af et eksternt felt) og kinetisk energi, men så bliver dit system en gas.
• Jeg får ikke denne del ” men så din systemet bliver en gas. ”

Excitation er en stigning i energiniveau over en vilkårlig baseline energitilstand.

” På engelsk, tak! ”

Så hvad dette effektivt siger, er at et atom betragtes som “ophidset”, når dets energiniveau er højere end resten. Dette kan manifesteres som varme, lys osv. For eksempel Aurora Borealis. Aurora er, når stråling fra solen ophidsede atomerne i luften. Disse atomer er nødt til at gå tilbage til basislinjen, så de frigiver energi som lys.

Dit køkkenkomfur er et andet eksempel. Vandets molekyler lige ved siden af varmeapparatet er steget, så de begynder at smadre ind i andre molekyler ved siden af dem og spænder dem. Og dermed opvarmes gryden.

Elektroner foretrækker grundlæggende at forblive på mindst energiniveau i et atom. Hvis der gives en vis mængde energi, springer det til et højere energiniveau. Der er diskrete enegry-niveauer, så e- accepterer kun en bestemt energi for at blive udsat for højere energiniveau. Når den vender tilbage til en lavere tilstand, afgiver den energien i form af fotoner. Søg efter hydrogenspektrum for mere.

Overvej følgende atommodel:

Husk, at det kun er en model, og mens den er en god model, der hæver vores forståelse af den subatomære verden, den er stadig kun en model, og virkeligheden vil se anderledes ud. Hvordan præcist? Vi ved det ikke. Modellen er dog god nok til at forstå, hvad et ophidset atom er.

Med dette forbehold ude af vejen kan vi først prøve at forstå, hvad grundtilstanden er. i midten har du protonerne og neutronerne, der er tæt pakket til at danne kernen. Det er positivt ladet med $ Ze $, hvor $ Z $ er antallet af protoner og $ e $ er enhedsafgiften. Det samme antal $ Z $ elektroner skal kredse om kernen for at gøre dette atom neutralt. Hvis vi betragter $ Z = 1 $, har vi kun en elektron, og vi kan ignorere regler, hvor nøjagtigt elektronen får lov til at være på grund af tilstedeværelsen af andre elektroner ( se Pauli-princippet for yderligere info).

Atomenerginiveauerne kvantificeres. Det betyder, at der kun er visse niveauer, hvor elektronen får lov til at kredse. På billedet vises de af de grå cirkler (“skaller”). Hvis elektronen sidder på den inderste skal ($ n = 1 $), har den den laveste energi. Hvis den sidder på den anden skal ($ n = 2 $), det har mere energi osv. Typisk ønsker et atom at være i sin jordtilstand, hvor det har den lavest mulige energi, dvs. hvor elektronen er på den første skal. Når elektronen kredser om en anden skal end den første, kalder vi atomet spændt. Spændende et atom kan ske f.eks. ved bestråling, hvor elektronen absorberer energi fra et foton (lys) for at komme til en af de ydre skaller. Efter et stykke tid vil elektronen gå tilbage til den inderste skal, dvs. atomet vender tilbage til sin jordtilstand. Da det er i en lavere energitilstand, fortæller energibesparelse os, at det er nødvendigt at udsende den venstre energi. Dette gøres ved at udsende en foton med en meget typisk bølgelængde (se spektrallinjer for yderligere info). På billedet vises dette med den røde bølgede linje, hvor $ \ Delta E $ er energiforskellen mellem 2. og 3. skal og også den energi, fotonet vil bære væk.