Wat wordt bedoeld met een aangeslagen atoom?

Inleiding

In het algemeen wordt een fysieke systeemstatus beschreven door een reeks variabelen. Laten we eens kijken naar de variabele “System Internal Energy”

Systeemtoestanden

Er wordt gezegd dat een systeem zich in de “grondtoestand” bevindt wanneer het zich op het laagst mogelijke energieniveau bevindt Elke andere staat is dan een “opgewonden staat” en ze zouden overeenkomen met een energieniveau dat hoger is dan dat van de grondtoestand (per definitie is dit het minimumniveau)

Voorbeeld

Laten we als Fysisch Systeem het waterstofatoom beschouwen dat wordt gevormd door een proton en een elektron.

Het is een gebonden kwantummechanisch systeem, dus het energieniveau is discreet. Laten we aannemen dat het elektron zich in de laagst mogelijke orbitaal (s1) bevindt: dat is de grondtoestand van het systeem.

Als je de juiste hoeveelheid energie levert (onthoud dat het energiespectrum discreet is) door middel van een foton dat het systeem raakt, dan zal het systeem de energie van het foton absorberen en opslaan als interne energie met de elektron dat naar buitenste orbitalen springt. Dus dan beweegt het systeem naar een aangeslagen toestand omdat het niet meer in zijn grondtoestand is (zijn unieke elektron is van baan veranderd).

Bedenk dat in het algemeen systemen de neiging hebben om hun potentiële energie te minimaliseren, zodat “aangeslagen toestanden” onstabiel zijn: hoe langer het systeem opgewonden blijft, hoe groter de kans op verval.

Om ons voorbeeld af te sluiten, laten we eens kijken naar het geval dat het atoom een ion wordt, het gebeurt als de hoeveelheid geabsorbeerde energie zo hoog is dat het elektron de negatieve potentiaalbarrière van de gebonden toestand kan overwinnen en een “ vrij deeltje ”(eigenlijk moet je je herinneren over deeltje-golf dualiteit).

In dat geval kun je niet zeggen dat het systeem opgewonden is, het is compleet veranderd: het is niet meer gebonden aan een qm-systeem dat bestaat uit proton en elektron.

Opmerkingen

• Bedankt Nicola voor je antwoord …… om het te verduidelijken: dus een opgewonden atoom is een atoom waarvan de energie is toegenomen, wat wordt tentoongesteld als een overdracht van enkele van zijn elektronen naar verder gelegen orbitalen. Als een atoom sneller gaat bewegen, ook al heeft het een hogere energie in vergelijking met de begintoestand, dan wordt dat toch niet het opwinden van een atoom genoemd? Het heeft alleen met de elektronen te maken. Toch?
• Nou, technisch gezien hangt het af van het referentiekader dat je gebruikt. Ik heb als fysiek systeem het waterstofatoom gekozen, dus ik heb het referentiekader gecentreerd op het atoom zelf, dus om me alleen te concentreren op zijn interne toestand (en vrijheidsgraden). Als je het referentiekader buiten het atoom plaatst, kan ook rekening houden met het potentieel (als gevolg van een extern veld) en kinetische energie, maar dan wordt uw systeem een gas.
• Ik begrijp dit deel niet ” maar dan uw systeem wordt een gas. ”

Excitatie is een verhoging van het energieniveau boven een willekeurige basislijnenergietoestand.

” In het Engels graag! ”

Dus wat dit feitelijk zegt, is dat een atoom als “opgewonden” wordt beschouwd als het energieniveau hoger is dan de rest. Dit kan zich manifesteren als warmte, licht, etc. Bijvoorbeeld de Aurora Borealis. De Aurora is wanneer straling van de zon de atomen in de lucht opwekte. Deze atomen moeten terug naar de basislijn, dus geven ze energie af als licht.

Uw fornuis is een ander voorbeeld. De moleculen van het water direct naast de verwarmer zijn versneld, dus ze beginnen tegen andere moleculen naast hen te botsen en ze te stimuleren. En zo warmt de pot op.

In principe geven elektronen er de voorkeur aan om op het laagste energieniveau in een atoom te blijven. Als er een bepaalde hoeveelheid energie aan wordt gegeven, springt het naar een hoger energieniveau. Er zijn discrete energieniveaus, dus e- zou slechts een bepaalde energie accepteren om naar een hoger energieniveau te gaan. Wanneer het terugkeert naar een lagere toestand, geeft het de energie af in de vorm van fotonen. Zoek waterstofspectrum voor meer.

Beschouw het volgende model van een atoom:

Houd er rekening mee dat het slechts een model is en dat het een goed model dat ons begrip van de subatomaire wereld verhoogt, het is nog steeds slechts een model en de werkelijkheid zal er anders uitzien. Hoe precies? We weten het niet. Het model is echter goed genoeg om te begrijpen wat een opgewonden atoom is.

Met dit voorbehoud uit de weg kunnen we eerst proberen te begrijpen wat de grondtoestand is. in het midden heb je de protonen en de neutronen die dicht opeengepakt zijn om de kern te vormen. Het wordt positief geladen door $ Ze $, waar $ Z $ het aantal protonen is en $ e $ de eenheidslading. Hetzelfde getal $ Z $ van elektronen moeten rond de kern draaien om dit atoom neutraal te maken.Als we $ Z = 1 $ beschouwen, hebben we maar één elektron en kunnen we regels negeren, waar precies het elektron mag zijn vanwege de aanwezigheid van andere elektronen ( zie Pauli-principe voor meer informatie).

De energieniveaus van het atoom worden gekwantiseerd. Dat betekent dat er slechts bepaalde niveaus zijn waar het elektron mag in een baan om de aarde draaien. Op de foto worden ze weergegeven door de grijze cirkels (“schillen”). Als het elektron op de binnenste schil zit ($ n = 1 $), heeft het de laagste energie. Als het op de tweede schil zit ($ n = 2 $), het heeft meer energie, enzovoort. Typisch wil een atoom zich in zijn grondtoestand bevinden, waar het de laagst mogelijke energie heeft, d.w.z. waar het elektron zich op de eerste schil bevindt. Als het elektron om een andere schil draait dan de eerste, noemen we het atoom geëxciteerd. Een atoom opwinden kan b.v. door bestraling, waarbij het elektron energie van een foton (licht) absorbeert om bij een van de buitenste schillen te komen. Na een tijdje gaat het elektron terug naar de binnenste schil, d.w.z. het atoom keert terug naar zijn grondtoestand. Omdat het zich in een lagere energietoestand bevindt, vertelt energiebehoud ons dat het de overgebleven energie moet uitstoten. Dit wordt gedaan door een foton uit te zenden met een zeer typische golflengte (zie spectraallijnen voor meer informatie). Op de afbeelding wordt dit weergegeven door de rode golvende lijn, waarbij $ \ Delta E $ het energieverschil is tussen de 2e en 3e schil en ook de energie die het foton zal afvoeren.