¿Qué se entiende por átomo excitado?

Introducción

En general, un estado físico del sistema se describe mediante un conjunto de variables. Consideremos la variable «Energía interna del sistema»

Estados del sistema

Se dice que un sistema está en su «Estado fundamental» cuando está en el nivel de energía más bajo posible. Cualquier otro estado es entonces un «estado excitado» y correspondería a un nivel de energía mayor que el del estado fundamental (por definición, es el nivel mínimo)

Ejemplo

Consideremos como Sistema Físico el Átomo de Hidrógeno que está formado por un protón y un electrón.

Es un sistema mecánico cuántico ligado por lo que los niveles de energía son discretos. Supongamos que el electrón está en el orbital más bajo posible (s1): ese es el estado fundamental del sistema.

Si proporciona la cantidad correcta de energía (recuerde que el espectro de energía es discreto) por medio de un fotón que golpea el sistema, entonces el sistema absorberá la energía del fotón y la almacenará como «energía interna» con el salto de electrones a los orbitales externos. Entonces, el sistema pasa a un estado excitado ya que ya no está en su estado fundamental (su electrón único ha cambiado de orbital).

Considere que, en general, los sistemas tienden a minimizar su energía potencial, por lo que los «estados excitados» son inestables: cuanto más tiempo permanece excitado el sistema, mayor es la probabilidad de que se produzca una desintegración.

Para concluir nuestro ejemplo consideremos el caso de que el átomo se convierta en un ion, sucede si la cantidad de energía absorbida es tan alta que el electrón puede superar la barrera de potencial negativo del estado ligado y convertirse en un » partícula libre ”(en realidad hay que recordar la dualidad partícula-onda).

En ese caso, no se puede decir que el sistema esté excitado, ha cambiado por completo: ya no es un sistema qm ligado compuesto por protones y electrones.

Comentarios

• Gracias Nicola por tu respuesta …… solo para aclarar: Entonces un átomo excitado es aquel cuya energía ha aumentado lo cual se exhibe como una transferencia de algunos de sus electrones a orbitales más lejanos. Si se hace que un átomo se mueva más rápido, aunque tenga una energía más alta en comparación con el estado inicial, esto no se llama excitar un átomo, ¿verdad? Tiene que ver solo con los electrones, ¿verdad?
• Bueno, técnicamente hablando, depende del marco de referencia que estés usando. He elegido como sistema físico el átomo de hidrógeno, por lo que he puesto el marco de referencia centrado en el átomo mismo, por lo tanto, para centrarme solo en su estado interno (y grados de libertad) .Si está poniendo el marco de referencia fuera del átomo, puede considerar también su potencial (debido a un campo externo) y energía cinética, pero luego su sistema se convierte en un gas.
• No entiendo esta parte » pero luego su el sistema se convierte en gas. »

La excitación es una elevación del nivel de energía por encima de un estado energético de referencia arbitrario.

» ¡En inglés, por favor! »

Entonces, lo que esto dice efectivamente es que un átomo se considera «excitado» cuando su nivel de energía es más alto que el del resto. Esto se puede manifestar como calor, luz, etc. Por ejemplo, la Aurora Boreal. La aurora es cuando la radiación del sol excita los átomos en el aire. Estos átomos tienen que volver a la línea de base, por lo que liberan energía en forma de luz.

La estufa de su cocina es otro ejemplo. Las moléculas del agua junto al calentador se han acelerado, por lo que comienzan a estrellarse contra otras moléculas cercanas a ellas, excitándolas. Y así la olla se calienta.

Básicamente, los electrones prefieren permanecer en el nivel mínimo de energía en un átomo. Si se le da cierta cantidad de energía, entonces salta a un nivel de energía más alto. Hay niveles de energía discretos, por lo que e- aceptaría solo alguna energía en particular para excitarse a un nivel de energía más alto. Cuando vuelve a un estado inferior, emite la energía en forma de fotones. Busque más espectro de hidrógeno.

Considere el siguiente modelo de un átomo:

Tenga en cuenta que es solo un modelo y mientras está un buen modelo que eleva nuestra comprensión del mundo subatómico, sigue siendo solo un modelo y la realidad se verá diferente. ¿Cómo exactamente? No lo sabemos. Sin embargo, el modelo es lo suficientemente bueno para comprender qué es un átomo excitado.

Con esta advertencia fuera del camino, primero podemos intentar comprender cuál es el estado fundamental. En en el medio tienes los protones y los neutrones que están densamente empaquetados para formar el núcleo. Está cargado positivamente por $ Ze $, donde $ Z $ es el número de protones y $ e $ es la carga unitaria. El mismo número $ Z $ de electrones debe orbitar el núcleo para hacer que este átomo sea neutral. Si consideramos $ Z = 1 $, solo tenemos un electrón, y podemos ignorar las reglas, donde se permite exactamente que el electrón se deba a la presencia de otros electrones ( ver Principio de Pauli para obtener más información).

Los niveles de energía del átomo están cuantificados. Eso significa que solo hay ciertos niveles donde el electrón está permitido orbitar. En la imagen, se muestran mediante círculos grises («capas»). Si el electrón se encuentra en la capa más interna ($ n = 1 $), tiene la energía más baja. Si se encuentra en la segunda capa PS n = 2 $), tiene más energía y así sucesivamente. Normalmente, un átomo quiere estar en su estado fundamental, donde tiene la menor energía posible, es decir, donde el electrón está en la primera capa. Cuando el electrón orbita en otra capa que la primera, llamamos al átomo excitado. Emocionar un átomo puede suceder, p. Ej. por irradiación, donde el electrón absorbe energía de un fotón (luz) para llegar a una de las capas externas. Después de un tiempo, el electrón volverá a la capa más interna, es decir, el átomo regresará a su estado fundamental. Dado que se encuentra en un estado de menor energía, la conservación de energía nos dice que necesita emitir la energía sobrante. Esto se hace emitiendo un fotón, con una longitud de onda muy típica (ver líneas espectrales para más información). En la imagen, esto se muestra con la línea roja ondulada, donde $ \ Delta E $ es la diferencia de energía entre la segunda y la tercera capa y también la energía que llevará el fotón.