Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Fizica atomică și nucleară » Stări cuantice excitate

Stări cuantice excitate

Stări cuantice excitate (După absorbția energiei, un electron poate sări de la starea de bază la o stare excitată de energie mai mare.)

În mecanica cuantică, o stare excitată a unui sistem (atom, moleculă sau nucleu) este orice stare cuantică a sistemului care are o energie mai mare decât starea de bază (adică mai multă energie decât minimul absolut). Excitația este o creștere a nivelului de energie deasupra unei stări de energie arbitrare. În fizică există o definiție tehnică specifică pentru nivelul de energie care este adesea asociat cu un atom ajuns într-o stare excitată. Temperatura unui grup de particule indică nivelul de excitație (cu excepția notabilă a sistemelor care prezintă temperatură negativă).

Durata de viață a unui sistem într-o stare excitată este, de obicei, scurtă: emisia spontană sau indusă a unei cuante de energie (cum ar fi un foton sau un fonon) apare de obicei la scurt timp după ce sistemul este promovat în starea excitată, aducând sistemul înapoi într-o stare cu o energie mai mică (o stare mai puțin excitată sau starea de bază). Această revenire la un nivel de energie mai scăzut este deseori descrisă ca dezintegrare și este inversul excitației.

Stările excitate de lungă durată sunt deseori numite metastabile. Izomerii nucleari cu durată lungă de viață și oxigenul singlet sunt două astfel de exemple.

Excitații ale orbitalilor din cupru 3d pe planul CuO2 al unui superconductor Tc (Excitații ale orbitalilor din cupru 3d pe planul CuO2 al unui superconductor Tc înalt; starea de bază (albastră) este orbitalul x2-y2, orbitele excitate sunt în verde, săgețile ilustrează spectroscopia cu raze X inelastice)

Un exemplu simplu al acestui concept vine prin considerarea atomului de hidrogen.

Starea de bază a atomului de hidrogen corespunde faptului că are un electron unic al atomului în cea mai mică orbită posibila (adică, funcția de undă sferic simetrică „1s”, care până acum a demonstrat că are cele mai mici numere cuantice posibile). Prin adăugarea unei energiei suplimentare atomului (de exemplu, prin absorbția unui foton cu o energie adecvată), electronul se poate mișca într-o stare excitată (una cu unul sau mai mulți numere cuantice mai mari decât minimul posibil). Dacă fotonul are prea multă energie, electronul va înceta să fie legat de atom și atomul va deveni ionizat.

După excitație, atomul se poate întoarce la starea de bază sau la o stare excitată mai scăzută, prin emiterea unui foton cu o energie caracteristică. Emisiile de fotoni de la atomi în diferite stări excitate conduc la un spectru electromagnetic care prezintă o serie de linii de emisie caracteristice (inclusiv, în cazul atomului de hidrogen, seria Lyman, Balmer, Paschen și Brackett).

Un atom aflat într-o stare excitată se numește un atom Rydberg. Un sistem de atomi foarte excitați pot forma o stare excitată condensată de lungă durată, de ex. o fază condensată creată complet din atomi excitați: materia Rydberg. Hidrogenul poate fi, de asemenea, excitat de căldură sau electricitate.

O colecție de molecule care formează un gaz poate fi considerată într-o stare excitată dacă una sau mai multe molecule sunt ridicate la niveluri de energie cinetică astfel încât distribuția de viteză rezultată să se îndepărteze de distribuția Boltzmann în echilibru. Acest fenomen a fost studiat în cazul unui gaz bi-dimensional în detaliu, analizând timpul necesar pentru a se relaxa la echilibru.

Stările excitate sunt adesea calculate folosind cluster cuplat, teoria perturbației Møller-Plesset, câmpul multi-configurațional auto-consecvent, interacțiunea de configurare și teoria funcțională a densității dependente de timp.

Excitarea unui sistem (un atom sau moleculă) de la starea de excitare redusă la o stare excitată de energie înaltă, cu absorbția unui foton, se numește absorbție de stare excitată. Stimularea excitată a stării este posibilă numai atunci când un electron a fost deja excitat de la starea de bază la o stare excitată mai joasă. Absorbția stării excitate este, de obicei, un efect nedorit, dar poate fi util în pomparea de conversie ascendentă. Măsurătorile de absorbție a stării excitate se efectuează folosind tehnici specifice. Cu toate acestea, nu este ușor să se măsoare în comparație cu absorbția de la bază.

O altă consecință este reacția atomului în starea excitată, ca în fotochimie. Stările excitate generează reacții chimice.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *