Ce se înțelege prin atom excitat?

Introducere

În general, o stare fizică a sistemului este descrisă de un set de variabile Să luăm în considerare variabila „Energie internă a sistemului”

Statele sistemului

Se spune că un sistem se află în „starea de bază” atunci când este la cel mai scăzut nivel de energie posibil Orice alt stat este atunci un „stat entuziasmat” și ar corespunde unui nivel de energie mai mare decât cel al stării fundamentale (prin definiție este nivelul minim)

Exemplu

Să considerăm ca sistem fizic atomul de hidrogen care este format dintr-un proton și un electron.

Este un sistem mecanic cuantic legat, astfel încât nivelul de energie este discret. Să presupunem că electronul se află în cel mai mic orbital posibil (s1): aceasta este starea de bază a sistemului.

Dacă furnizați cantitatea potrivită de energie (amintiți-vă că spectrul de energie este discret) prin intermediul unui foton care lovește sistemul, atunci sistemul va absorbi energia fotonului și o va stoca ca „energie internă” cu electronul sărind către orbitalii externi. Deci, sistemul se mută într-o stare excitată, deoarece nu se mai află în starea sa de bază (electronul său unic s-a schimbat orbital).

Luați în considerare faptul că, în general, sistemele tind să-și minimizeze energia potențială, astfel încât „stările excitate” sunt instabile: cu cât sistemul rămâne excitat mai mult, cu atât este mai mare probabilitatea decăderii.

Pentru a încheia exemplul nostru, să luăm în considerare cazul în care atomul devine ion, se întâmplă dacă cantitatea de energie absorbită este atât de mare încât electronul poate depăși bariera potențială negativă a stării legate și poate deveni un „ particulă liberă ”(de fapt trebuie să vă amintiți despre dualitatea particule-unde).

În acest caz, nu puteți spune că sistemul este entuziasmat, s-a schimbat complet: nu mai este legat sistemul qm compus din protoni și electroni.

Comentarii

• Mulțumesc Nicola pentru răspunsul tău …… doar pentru a clarifica: Deci un atom excitat este unul a cărui energie a crescut care este expus ca un transfer al unora dintre electronii săi către orbitali mai îndepărtați. Dacă un atom este făcut să se miște mai repede, chiar dacă are o energie mai mare în comparație cu starea inițială, acest lucru nu se numește excitant un atom nu? Are legătură doar cu electronii? Nu?
• Ei bine, din punct de vedere tehnic, depinde de cadrul de referință pe care îl utilizați. Am ales ca sistem fizic atomul de hidrogen, așa că am pus cadrul de referință centrat pe atomul în sine, astfel încât să mă concentrez doar pe starea sa internă (și gradele de libertate) Dacă puneți cadrul de referință în afara atomului, pot lua în considerare și potențialul său (datorită unui câmp extern) și energia cinetică, dar sistemul dvs. devine gaz.
• Nu primesc această parte „, dar sistemul devine gaz. ”

Excitația este o creștere a nivelului de energie peste o stare de energie arbitrară de bază.

” În engleză, vă rog! ”

Deci, ceea ce se spune efectiv este că un atom este considerat „excitat” atunci când nivelul său de energie este mai mare decât restul. Acest lucru se poate manifesta prin căldură, lumină etc. De exemplu, Aurora Boreală. Aurora este atunci când radiațiile de la soare au excitat atomii din aer. Acești atomi trebuie să se întoarcă la linia de bază, astfel încât eliberează energie ca lumină.

Aragazul dvs. de bucătărie este un alt exemplu. Moleculele apei de lângă încălzitor s-au accelerat, așa că încep să se spargă în alte molecule de lângă ele, excitându-le. Și astfel vasul se încălzește.

Practic, electronii preferă să rămână la cel mai mic nivel de energie într-un atom. Dacă i se acordă o anumită cantitate de energie, atunci aceasta sare la un nivel mai ridicat de energie. Există nivele discrete de energie electrică, astfel încât e- ar accepta doar o anumită energie pentru a fi expulzați la un nivel superior de energie. Când revine la o stare inferioară, eliberează energia sub formă de fotoni. Căutați mai multe spectre de hidrogen.

Luați în considerare următorul model de atom:

Rețineți că este doar un model și în timp ce este un model bun care ne ridică înțelegerea lumii subatomice, este încă doar un model și realitatea va arăta diferit. Cum anume? Nu știm. Modelul este suficient de bun, totuși, pentru a înțelege ce este un atom excitat.

Cu această avertizare înlăturată, putem încerca mai întâi să înțelegem care este starea de bază. În în mijloc aveți protonii și neutronii care sunt dens împachetați pentru a forma nucleul. Este încărcat pozitiv cu $ Ze $, unde $ Z $ este numărul de protoni și $ e $ este încărcarea unitară. Același număr $ Z $ de electroni trebuie să orbiteze nucleul pentru a face acest atom neutru. Dacă luăm în considerare $ Z = 1 $, avem un singur electron și putem ignora regulile, unde exact electronul este permis să fie datorat prezenței altor electroni ( vezi Principiul Pauli pentru informații suplimentare).

Nivelurile de energie ale atomului sunt cuantificate. Asta înseamnă că există doar anumite niveluri în care electronul este permis să orbiteze. În imagine sunt afișate de cercurile cenușii („cochilii”). Dacă electronul se așază pe cochilia cea mai interioară ($ n = 1 $), acesta are cea mai mică energie. ($ n = 2 $), are mai multă energie și așa mai departe. De obicei, un atom dorește să se afle în starea sa de bază, unde are cea mai mică energie posibilă, adică acolo unde electronul se află pe prima coajă. Când electronul orbitează pe o altă coajă decât prima, numim atomul excitat. Emoția unui atom se poate întâmpla de ex. prin iradiere, unde electronul absoarbe energia dintr-un foton (lumină) pentru a ajunge la una din cochiliile exterioare. După un timp, electronul se va întoarce la învelișul interior, adică atomul revine la starea sa de bază. Deoarece se află într-o stare de energie mai mică, conservarea energiei ne spune că trebuie să emită energia rămasă. Acest lucru se realizează prin emiterea unui foton, cu o lungime de undă foarte tipică (a se vedea liniile spectrale pentru informații suplimentare). În imagine, aceasta este arătată de linia ondulată roșie, unde $ \ Delta E $ este diferența de energie dintre a doua și a treia coajă și, de asemenea, energia pe care fotonul o va purta.