Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

После поглощения энергии электрон может перейти из основного состояния в возбужденное состояние с более высокой энергией.
Возбуждения 3d-орбиталей меди на CuO2-плоскости высокотемпературного сверхпроводника; Основное состояние (синий) - это орбитали x2-y2; возбужденные орбитали - зеленым; стрелки показывают неупругую рентгеновскую спектроскопию

В квантовой механике , возбужденное состояние системы (такие как атом , молекула или ядро ) любое квантовое состояние системы , которая имеет более высокую энергию , чем состояние (то есть, больше энергии , чем абсолютный минимум). Возбуждение - это повышение уровня энергии над произвольным исходным энергетическим состоянием. В физике есть специальное техническое определение уровня энергии, которое часто связано с переводом атома в возбужденное состояние. [ Править ] [ требуется определение ] температурагруппы частиц указывает на уровень возбуждения (за заметным исключением систем с отрицательной температурой ).

Время жизни системы в возбужденном состоянии обычно невелико: спонтанное или индуцированное излучение кванта энергии (например, фотона или фонона ) обычно происходит вскоре после того, как система переходит в возбужденное состояние, возвращая систему в состояние с более низкой энергией (менее возбужденное состояние или основное состояние). Это возвращение на более низкий энергетический уровень часто в общих чертах описывается как распад и является обратным возбуждению.

Долгоживущие возбужденные состояния часто называют метастабильными . Двумя примерами этого являются долгоживущие ядерные изомеры и синглетный кислород .

Атомное возбуждение [ править ]

Простой пример этой концепции - атом водорода .

Основное состояние атома водорода соответствует к наличию одного атома электрон в минимально возможной орбитали (то есть, сферически симметричной « 1s » волновая функция , которая до сих пор, показали , чтобы иметь самые низкие квантовые числа ). Придавая атому дополнительную энергию (например, путем поглощения фотона соответствующей энергии), электрон может перейти в возбужденное состояние (одно или несколько квантовых чисел больше минимально возможного). Если у фотона слишком много энергии, электрон перестанет связываться с атомом, и атом станет ионизированным .

После возбуждения атом может вернуться в основное состояние или более низкое возбужденное состояние, испуская фотон с характерной энергией. Излучение фотонов из атомов в различных возбужденных состояниях приводит к электромагнитному спектру, показывающему серию характерных эмиссионных линий (включая, в случае атома водорода, серии Лаймана, Бальмера, Пашена и Брэкетта ).

Атом в высоком возбужденном состоянии называется ридберговским атомом . Система высоковозбужденных атомов может образовывать долгоживущее конденсированное возбужденное состояние, например конденсированную фазу, полностью состоящую из возбужденных атомов: ридберговское вещество . Водород также может возбуждаться теплом или электричеством.

Возмущенное газовое возбуждение [ править ]

Совокупность молекул, образующих газ, можно рассматривать в возбужденном состоянии, если одна или несколько молекул поднялись до уровней кинетической энергии, так что результирующее распределение скоростей отклоняется от равновесного распределения Больцмана . Это явление было изучено в случае двумерного газа достаточно подробно, анализируя время, необходимое для релаксации до равновесия.

Расчет возбужденных состояний [ править ]

Возбужденные состояния часто рассчитаны с использованием связанных кластеров , теории возмущений Меллера-Плессе , мульти-конфигурационное самосогласованного поля , взаимодействие конфигурации , [1] и теории функционала плотности , зависящих от времени . [2] [3] [4] [5] [6]

Поглощение возбужденного состояния [ править ]

Возбуждение системы (атома или молекулы) из одного возбужденного состояния в возбужденное состояние с более высокой энергией с поглощением фотона называется поглощением в возбужденном состоянии (ESA). Поглощение в возбужденном состоянии возможно только тогда, когда электрон уже перешел из основного состояния в более низкое возбужденное состояние. Поглощение возбужденного состояния обычно является нежелательным эффектом, но может быть полезно при накачке с повышением частоты. [7] Измерения поглощения в возбужденном состоянии выполняются с использованием методов накачки и зондирования, таких как импульсный фотолиз . Однако их нелегко измерить по сравнению с поглощением в основном состоянии, и в некоторых случаях для измерения поглощения в возбужденном состоянии требуется полное просветление основного состояния. [8]

Реакция [ править ]

Основная статья: Фотохимия

Еще одним следствием образования возбужденного состояния может быть реакция атома или молекулы в возбужденном состоянии, как в фотохимии .

См. Также [ править ]

  • Формула Ридберга
  • Стационарное состояние
  • Отталкивающее состояние

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хере, Уоррен Дж. (2003). Руководство по молекулярной механике и квантово-химическим расчетам (PDF) . Ирвин, Калифорния: ISBN Wavefunction, Inc. 1-890661-06-6.
  2. ^ Glaesemann, Kurt R .; Говинд, Ниранджан; Кришнамурти, Шрирам; Ковальский, Кароль (2010). «Исследования EOMCC, MRPT и TDDFT процессов переноса заряда в соединениях со смешанной валентностью: применение к молекуле спиро». Журнал физической химии . 114 (33): 8764–8771. Bibcode : 2010JPCA..114.8764G . DOI : 10.1021 / jp101761d . PMID 20540550 . 
  3. ^ Dreuw, Андреас; Хед-Гордон, Мартин (2005). "Одноэлементные ab initio методы для расчета возбужденных состояний больших молекул". Химические обзоры . 105 (11): 4009–37. DOI : 10.1021 / cr0505627 . PMID 16277369 . 
  4. ^ Ноулз, Питер Дж .; Вернер, Ханс-Иоахим (1992). «Внутренне сжатые вычисления взаимодействия многоконфигурации и эталонной конфигурации для возбужденных состояний». Теоретика Chimica Acta . 84 : 95. DOI : 10.1007 / BF01117405 .
  5. ^ Foresman, Джеймс Б.; Хед-Гордон, Мартин; Pople, John A .; Фриш, Майкл Дж. (1992). «К систематической теории молекулярных орбиталей возбужденных состояний». Журнал физической химии . 96 : 135. DOI : 10.1021 / j100180a030 .
  6. ^ Glaesemann, Kurt R .; Гордон, Марк С .; Накано, Харуюки (1999). «Исследование FeCO + с коррелированными волновыми функциями». Физическая химия Химическая физика . 1 (6): 967–975. Bibcode : 1999PCCP .... 1..967G . DOI : 10.1039 / a808518h .
  7. ^ {url = https://www.rp-photonics.com/excited_state_absorption.html}
  8. ^ Долан, Гиора; Гольдшмидт, Шмуэль Р. (1976). «Новый метод измерения абсолютного сечения поглощения: возбужденный синглет-синглетный спектр поглощения родамином-6Ж». Письма по химической физике . 39 (2): 320–322. Bibcode : 1976CPL .... 39..320D . DOI : 10.1016 / 0009-2614 (76) 80085-1 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Справочная информация НАСА об основных и возбужденных состояниях