Mitä tarkoitetaan innoissaan atomilla?

Johdanto

Fyysisen järjestelmän tilaa kuvataan yleensä muuttujien joukolla. Tarkastellaan muuttujaa ”Järjestelmän sisäinen energia”

Järjestelmän tilat

Järjestelmän sanotaan olevan perustilassaan kun se on alhaisimmalla mahdollisella energiatasolla Mikä tahansa muu valtio on silloin ”innostunut tila” ja ne vastaavat energiatasoa, joka on suurempi kuin perustilan (määritelmän mukaan se on vähimmäistaso)

Esimerkki

Tarkastellaan fyysiseksi järjestelmäksi vetyatomia, jonka muodostavat protoni ja elektroni.

Se on sidottu kvanttimekaaninen järjestelmä, joten energiataso on erillinen. Oletetaan, että elektroni on pienimmällä mahdollisella kiertoradalla (s1): se on järjestelmän perustila.

Jos annat oikean määrän energiaa (muista, että energiaspektri on erillinen) järjestelmään osuvan fotonin avulla, järjestelmä absorboi fotonin energian ja tallentaa sen ”sisäisenä energiana” yhdessä elektronihyppy ulommille kiertoradoille. Joten sitten järjestelmä siirtyy viritettyyn tilaan, koska se ei ole enää perustilassa (sen ainutlaatuinen elektroni on muuttanut kiertorataa).

Harkitse, että yleensä järjestelmillä on taipumus minimoida potentiaalinen energiansa, joten ”viritetyt tilat” ovat epävakaita: mitä kauemmin järjestelmä pysyy innoissaan, sitä suurempi on hajoamisen todennäköisyys.

Esimerkin lopuksi tarkastellaanpa tapausta, jossa atomista tulee ioni, tapahtuu, jos absorboituneen energian määrä on niin suuri, että elektroni voi voittaa sitoutuneen tilan negatiivisen potentiaalisen esteen ja tulla ” vapaa hiukkanen ”(itse asiassa sinun on muistettava hiukkasaaltojen kaksinaisuudesta).

Siinä tapauksessa et voi sanoa, että järjestelmä on innoissaan, se on täysin muuttunut: se ei ole enää sitoutunut qm-järjestelmä, joka koostuu protonista ja elektronista.

kommentit

• kiitos Nicola vastauksestasi …… vain selventääksesi: Joten innoissaan oleva atomi on se, jonka energia on kasvanut, mikä on esillä joidenkin sen elektronien siirtymänä kauemmas kiertoradoille. Jos atomin annetaan liikkua nopeammin, vaikka sillä on korkeampi energia kuin alkuperäisessä tilassa, tätä ei kutsuta atomiksi, eikö? Sillä on tekemistä vain elektronien kanssa. Oikea?
• No, teknisesti ottaen se riippuu käyttämästäsi viitekehyksestä. Olen valinnut fyysiseksi järjestelmäksi vetyatomin, joten olen asettanut itse atomiin keskittyvän viitekehyksen keskittymään vain sen sisäiseen tilaan (ja vapausasteisiin). Jos laitat viitekehyksen atomin ulkopuolelle, voi ottaa huomioon myös sen potentiaalin (ulkoisen kentän vuoksi) ja kineettisen energian, mutta sitten järjestelmästäsi tulee kaasu.
• En saa tätä osaa ”, mutta sitten järjestelmästä tulee kaasu. ”

Eksitaatio on energiatason nousu mielivaltaisen perusviivan energiatilan yläpuolelle.

” Ole hyvä englanniksi! ”

Joten tämä tarkoittaa tosiasiallisesti sitä, että atomia pidetään ”innoissaan”, kun sen energiataso on korkeampi kuin muu. Tämä voi ilmetä lämmönä, valona jne. Esimerkiksi Aurora Borealis. Aurora on silloin, kun auringon säteily herätti ilmassa olevia atomeja. Näiden atomien on palattava takaisin perustasolle, joten ne vapauttavat energiaa valona.

Keittiön liesi on toinen esimerkki. Lämmittimen vieressä olevan veden molekyylit ovat kiihtyneet, joten ne alkavat murtautua muihin vieressä oleviin molekyyleihin ja innostaa niitä. Ja näin potti lämpenee.

Periaatteessa elektronit haluavat pysyä pienimmällä energiatasolla atomissa. Jos sille annetaan tietty määrä energiaa, se hyppää korkeammalle energiatasolle. On olemassa erillisiä enegrytasoja, joten e- hyväksyisi vain tietyn energian päästäkseen korkeammalle energiatasolle. Palattuaan alempaan tilaan se antaa energian fotonien muodossa. Hae vetyspektristä lisää.

Harkitse seuraavaa atomimallia:

Muista, että se on vain malli ja vaikka se onkin hyvä malli, joka lisää ymmärrystä subatomisesta maailmasta, se on silti vain malli ja todellisuus näyttää erilaiselta. Kuinka tarkalleen? Emme tiedä. Malli on kuitenkin tarpeeksi hyvä ymmärtämään, mikä on innoissaan oleva atomi.

Tämän varoituksen avulla voimme ensin yrittää ymmärtää, mikä on perustila. keskellä on protonit ja neutronit, jotka ovat tiheästi pakattuja muodostamaan ydin. Sitä varaa positiivisesti $ Ze $, jossa $ Z $ on protonien lukumäärä ja $ e $ on yksikkömaksu. Sama numero $ Z $ elektronien täytyy kiertää ydintä saadakseen tämän atomin neutraaliksi.Jos katsomme, että $ Z = 1 $, meillä on vain yksi elektroni, ja voimme jättää huomiotta säännöt, joissa tarkalleen elektronin saa olla muiden elektronien läsnäolon vuoksi ( katso lisätietoja kohdasta Paulin periaate ).

Atomin energiatasot kvantisoidaan. Tämä tarkoittaa, että elektronilla on vain tiettyjä tasoja sallitaan kiertää. Kuvassa ne näkyvät harmailla ympyröillä (”kuoret”). Jos elektroni istuu sisimpään kuoreen ($ n = 1 $), sillä on pienin energia. Jos se istuu toisella kuorella ($ n = 2 $), sillä on enemmän energiaa ja niin edelleen. Tyypillisesti atomi haluaa olla perustilassaan, jossa sillä on pienin mahdollinen energia eli missä elektroni on ensimmäisessä kuoressa. Kun elektroni kiertää toisella kuorella kuin ensimmäinen, kutsumme atomia innoissaan. Jännittävää atomia voi tapahtua esim. säteilyttämällä, jossa elektroni absorboi energian fotonista (valosta) päästäkseen yhteen ulkokuorista. Jonkin ajan kuluttua elektroni palaa sisimpään kuoreen, ts. Atomi palaa perustilaansa. Koska se on pienemmässä energiatilassa, energiansäästö kertoo meille, että sen on päästettävä jäljellä oleva energia. Tämä tapahtuu lähettämällä fotoni, jolla on hyvin tyypillinen aallonpituus (lisätietoja on kohdassa spektriviivat ). Kuvassa tämä näkyy punaisella aaltoviivalla, jossa $ \ Delta E $ on toisen ja kolmannen kuoren välinen energiaero ja myös fotonin kuljettama energia.