Cosa si intende per atomo eccitato?

Introduzione

In generale, uno stato fisico del sistema è descritto da un insieme di variabili Consideriamo la variabile “Energia interna del sistema”

Stati del sistema

Si dice che un sistema si trovi nel suo “stato fondamentale” quando è al livello di energia più basso possibile Qualsiasi altro stato è quindi uno “Stato eccitato” e corrisponderebbe a un livello di energia maggiore di quello dello stato fondamentale (per definizione è il livello minimo)

Esempio

Consideriamo come sistema fisico latomo di idrogeno che è formato da un protone e da un elettrone.

È un sistema meccanico quantistico vincolato, quindi i livelli di energia sono discreti. Supponiamo che lelettrone si trovi nel più basso orbitale possibile (s1): questo è lo stato fondamentale del sistema.

Se fornisci la giusta quantità di energia (ricorda che lo spettro di energia è discreto) per mezzo di un fotone che colpisce il sistema, allora il sistema assorbirà lenergia del fotone e la immagazzinerà come “energia interna” con il elettrone che salta agli orbitali esterni. Quindi il sistema si sposta in uno stato eccitato poiché non è più nel suo stato fondamentale (il suo unico elettrone ha cambiato orbitale).

Considera che in generale i sistemi tendono a minimizzare la loro energia potenziale, quindi gli “stati eccitati” sono instabili: più a lungo il sistema rimane eccitato, maggiore è la probabilità di un decadimento.

Per concludere il nostro esempio consideriamo il caso in cui latomo diventa uno ione, accade se la quantità di energia assorbita è così alta che lelettrone può superare la barriera potenziale negativa dello stato legato e diventare un ” particella libera ”(in realtà devi ricordare la dualità particella-onda).

In quel caso non si può dire che il sistema sia eccitato, è completamente cambiato: non è più un sistema qm legato composto da protone ed elettrone.

Commenti

• Grazie Nicola per la tua risposta …… solo per chiarire: quindi un atomo eccitato è uno la cui energia è aumentata che è esibito come un trasferimento di alcuni dei suoi elettroni ad orbitali più lontani. Se un atomo è fatto per muoversi più velocemente, anche se ha unenergia maggiore rispetto allo stato iniziale, questo non si chiama eccitazione di un atomo, giusto? Ha a che fare solo con gli electrons.right?
• Beh, tecnicamente parlando dipende dal sistema di riferimento che stai usando. Ho scelto come sistema fisico latomo di idrogeno quindi ho messo il sistema di riferimento centrato sullatomo stesso quindi per concentrarmi solo sul suo stato interno (e sui gradi di libertà) Se stai mettendo il sistema di riferimento al di fuori dellatomo, tu può considerare anche il suo potenziale (dovuto a un campo esterno) e lenergia cinetica ma poi il tuo sistema diventa un gas.
• Non capisco questa parte ” ma poi il tuo il sistema diventa un gas. ”

Leccitazione è un aumento del livello di energia al di sopra di uno stato energetico di base arbitrario.

” In inglese, per favore! ”

Quindi ciò che questo effettivamente sta dicendo è che un atomo è considerato “eccitato” quando il suo livello di energia è più alto del resto. Questo può manifestarsi come calore, luce, ecc. Ad esempio, laurora boreale. LAurora è quando la radiazione del sole ha eccitato gli atomi nellaria. Questi atomi devono tornare alla linea di base, quindi rilasciano energia come luce.

Il tuo fornello da cucina è un altro esempio. Le molecole dellacqua proprio accanto al riscaldatore hanno accelerato, quindi iniziano a frantumarsi in altre molecole accanto a loro, eccitandole. E così la pentola si riscalda.

Fondamentalmente gli elettroni preferiscono rimanere nel livello minimo di energia in un atomo. Se gli viene data una certa quantità di energia, salta a un livello di energia più alto. Ci sono livelli di energia discreti, quindi e- accetterebbe solo una certa energia per essere espulsa a un livello di energia superiore. Quando ritorna a uno stato inferiore, emette lenergia sotto forma di fotoni. Cerca di più nello spettro dellidrogeno.

Considera il seguente modello di atomo:

Tieni presente che è solo un modello e mentre lo è un buon modello che eleva la nostra comprensione del mondo subatomico, è ancora solo un modello e la realtà avrà un aspetto diverso. Come esattamente? Non lo sappiamo. Il modello è abbastanza buono, tuttavia, per capire che cosè un atomo eccitato.

Tolta questa avvertenza, possiamo prima provare a capire qual è lo stato fondamentale. al centro si trovano i protoni ei neutroni che sono densamente impaccati per formare il nucleo. È caricato positivamente da $ Ze $, dove $ Z $ è il numero di protoni e $ e $ è la carica unitaria. Lo stesso numero $ Z $ di elettroni deve orbitare attorno al nucleo per rendere questo atomo neutro. Se consideriamo $ Z = 1 $, abbiamo un solo elettrone e possiamo ignorare le regole, dove esattamente è consentito che lelettrone sia dovuto alla presenza di altri elettroni ( vedere Principio di Pauli per ulteriori informazioni).

I livelli di energia dellatomo sono quantizzati. Ciò significa che ci sono solo determinati livelli in cui lelettrone è permesso di orbitare. Nellimmagine sono mostrati dai cerchi grigi (“conchiglie”). Se lelettrone si trova sul guscio più interno ($ n = 1 $), ha lenergia più bassa. Se si trova sul secondo guscio ($ n = 2 $), ha più energia e così via. Tipicamente, un atomo vuole essere nel suo stato fondamentale, dove ha lenergia più bassa possibile, cioè dove lelettrone si trova sul primo guscio. Quando lelettrone orbita su un guscio diverso dal primo, chiamiamo latomo eccitato. Può succedere di eccitare un atomo, ad es. per irraggiamento, dove lelettrone assorbe energia da un fotone (luce) per arrivare a uno dei gusci esterni. Dopo un po , lelettrone tornerà al guscio più interno, cioè latomo ritorna al suo stato fondamentale. Poiché è in uno stato energetico inferiore, il risparmio energetico ci dice che deve emettere lenergia residua. Questo viene fatto emettendo un fotone, con una lunghezza donda molto tipica (vedi righe spettrali per ulteriori informazioni). Nellimmagine, questo è mostrato dalla linea ondulata rossa, dove $ \ Delta E $ è la differenza di energia tra il 2 ° e il 3 ° guscio e anche lenergia che il fotone trasporterà.