여기 원자는 무엇을 의미합니까?

소개

일반적으로 물리적 시스템 상태는 변수 세트로 설명됩니다. “시스템 내부 에너지”변수를 고려해 보겠습니다.

시스템 상태

시스템이 “접지 상태”에 있다고합니다. 가능한 가장 낮은 에너지 수준에있을 때 다른 모든 상태는 “흥분된 상태”이며지면 상태의 에너지 수준보다 큰 에너지 수준에 해당합니다 (정의에 따라 최소 수준)

예

양자와 전자에 의해 형성되는 수소 원자를 물리 시스템으로 간주해 보겠습니다.

이것은 결합 된 양자 기계 시스템이므로 에너지 수준은 이산 적입니다. 전자가 가능한 가장 낮은 궤도 (s1)에 있다고 가정 해 보겠습니다. 이것이 시스템의 바닥 상태입니다.

시스템에 부딪히는 광자를 통해 적절한 양의 에너지를 제공하면 (에너지 스펙트럼은 이산 적이라는 것을 기억하십시오), 시스템은 광자의 에너지를 흡수하고이를 “내부 에너지”로 저장합니다. 외부 궤도로 점프하는 전자. 따라서 시스템은 더 이상 기저 상태가 아니므로 여기 상태로 이동합니다 (고유 한 전자가 궤도를 변경했습니다).

일반적인 시스템은 잠재적 에너지를 최소화하는 경향이 있으므로 “여기 상태”는 불안정합니다. 시스템이 흥분 상태를 오래 유지할수록 붕괴 가능성이 높아집니다.

우리의 예를 마무리하기 위해 원자가 이온이되는 경우를 생각해 봅시다. 흡수 된 에너지의 양이 너무 커서 전자가 결합 상태의 음전위 장벽을 극복하고“ 자유 입자”(실제로 입자-파 이중성에 대해 기억해야합니다).

이 경우 시스템이 흥분되었다고 말할 수 없습니다. 완전히 변했습니다. 더 이상 양성자와 전자로 구성된 바운드 qm 시스템이 아닙니다.

댓글

• 답변을 보내 주신 Nicola에게 감사드립니다 ……. 명확히하기 위해서 : 흥분된 원자는 에너지가 증가한 원자입니다. 전자의 일부가 더 먼 궤도로 전이되는 것으로 나타납니다. 원자가 초기 상태에 비해 더 높은 에너지를 가지고 있어도 더 빨리 움직이게한다면 이것은 원자를 여기 시킨다고하지 않습니까? 전자와 만 관련이 있습니다. 맞나요?
• 기술적으로 말하면 사용하는 기준 프레임에 따라 다릅니다. 나는 물리적 시스템으로 수소 원자를 선택했기 때문에 원자 자체를 중심으로 기준 프레임을 배치하여 내부 상태 (및 자유도)에만 초점을 맞추 었습니다. 기준 프레임을 원자 외부에 두는 경우 그 잠재력 (외부 장으로 인한)과 운동 에너지도 고려할 수 있지만 그러면 시스템이 가스가됩니다.
• 이 부분은 "가 아닙니다. 시스템이 가스가됩니다. "

여기는 임의의 기준 에너지 상태보다 높은 에너지 수준의 상승입니다.

“영어로 말씀해주세요! ”

그래서 이것이 효과적으로 말하는 것은 원자가 에너지 수준이 나머지보다 높을 때 “흥분”한 것으로 간주된다는 것입니다. 이것은 열, 빛 등으로 나타날 수 있습니다. 예를 들어 Aurora Borealis. 오로라는 태양으로부터의 방사선이 공기 중의 원자를 여기시키는 것입니다. 이 원자들은 기준선으로 돌아 가야하므로 에너지를 빛으로 방출합니다.

주방 스토브가 또 다른 예입니다. 히터 바로 옆에있는 물 분자가 빨라져서 옆에있는 다른 분자로 박살 내기 시작합니다. 따라서 냄비가 가열됩니다.

기본적으로 전자는 원자에서 최소한의 에너지 수준을 유지하는 것을 선호합니다. 일정량의 에너지가 주어지면 더 높은 에너지 레벨로 점프합니다. 개별 에너지 수준이 있으므로 e-는 더 높은 에너지 수준으로 나가기 위해 특정 에너지 만 받아들입니다. 더 낮은 상태로 돌아 가면 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. 자세한 내용은 수소 스펙트럼을 검색하세요.

다음 원자 모델을 고려하세요.

그것은 단지 모델 일뿐입니다. 아 원자 세계에 대한 우리의 이해를 높이는 좋은 모델이지만 여전히 모델 일 뿐이며 현실은 다르게 보일 것입니다. 정확히 어떻게? 우리는 모릅니다.하지만 모델은 여기 원자가 무엇인지 이해하기에 충분합니다.

이 경고를 없애면 먼저 바닥 상태가 무엇인지 이해하려고 할 수 있습니다. 중간에는 핵을 형성하기 위해 밀집된 양성자와 중성자가 있습니다. $ Ze $에 의해 양전하를 띠며 $ Z $는 양성자의 수이고 $ e $는 단위 전하입니다. 같은 숫자 $ Z $의 전자는이 원자를 중립으로 만들기 위해 핵을 공전해야합니다. $ Z = 1 $를 고려하면, 우리는 단 하나의 전자를 가지고 있으며, 다른 전자의 존재로 인해 전자가 허용되는 규칙을 무시할 수 있습니다. 자세한 내용은 Pauli 원리 를 참조하세요.

원자의 에너지 수준은 양자화됩니다. 즉, 전자가 그림에서 회색 원 ( “껍질”)으로 표시됩니다. 전자가 가장 안쪽 껍질 ($ n = 1 $)에 있으면 에너지가 가장 낮습니다. 두 번째 껍질에 있으면 에너지가 가장 낮습니다. ($ n = 2 $), 더 많은 에너지를 가지고 있습니다. 일반적으로 원자는 가능한 가장 낮은 에너지, 즉 전자가 첫 번째 껍질에있는 기저 상태에 있기를 원합니다. 전자가 첫 번째 껍질이 아닌 다른 껍질에서 궤도를 돌 때 우리는 원자를 여기라고 부릅니다. 예를 들어 원자를 흥분시킬 수 있습니다. 전자가 광자 (빛)에서 에너지를 흡수하여 외부 쉘 중 하나에 도달합니다. 잠시 후 전자는 가장 안쪽의 껍질로 돌아갑니다. 즉 원자는 바닥 상태로 돌아갑니다. 낮은 에너지 상태이기 때문에 에너지 절약은 남은 에너지를 방출해야한다고 알려줍니다. 이것은 매우 일반적인 파장의 광자를 방출하여 수행됩니다 (자세한 내용은 스펙트럼 라인 참조). 사진에서 이것은 빨간색 물결 선으로 표시됩니다. 여기서 $ \ Delta E $는 두 번째와 세 번째 껍질 사이의 에너지 차이이며 광자가 옮길 에너지입니다.