Entuziasm

În mecanica cuantică, excitația este definită ca tranziția unui sistem la o stare cuantică de energie superioară ^[1] ( stare excitată ). ^[2] În timpul excitației, sistemul captează o cantitate echitabilă de energie din mediu.

Stările excitate au, în general, o durată de viață limitată: mai devreme sau mai târziu, adică sistemul se descompune într-o stare energetică mai mică, fie spontan, fie sub influența factorilor externi ( emisie stimulată , laser etc.). În timpul acestui proces, se eliberează aceeași cantitate de energie acumulată în timpul excitării. Energia eliberată poate fi returnată în mediu în diferite moduri, de exemplu sub formă de radiații electromagnetice , căldură , vibrații , mișcare și așa mai departe.

Excitație atomică

În limbajul mecanicii cuantice, termenul excitație se referă la creșterea energiei electronilor legați de nucleii atomici .

Prin furnizarea de energie, în special prin absorbția fotonilor cu o frecvență adecvată sau ca urmare a coliziunilor dintre particule, este posibil să se aducă un electron la un nivel de energie mai mare decât cel al stării sale de bază.

Un electron de valență trece la un nivel de energie mai mare într-un atom excitat prin absorbția unui foton (γ).

Odată cu căldura, coliziunile dintre atomii din apropiere cresc. Acestea pot promova particulele într-o stare excitată.

Energia electronului astfel excitat nu poate presupune decât valori discrete, stabilite prin formula Rydberg-Ritz . De exemplu, într-un atom de hidrogen , format dintr-un proton în jurul căruia orbitează un electron, este necesară o energie de 10,2 electroni volți pentru a promova electronul de la starea fundamentală la prima stare excitată. Pentru ca electronul să treacă de la starea fundamentală la a doua stare excitată este necesar să se furnizeze o energie de 12,1 electroni volți.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că pentru a caracteriza starea de excitație a unui atom nu este suficient să se specifice cantitatea de energie absorbită, dar este necesară indicarea altor numere cuantice .

Simplificând principiile mecanicii cuantice se poate spune că un electron excitat sare la un orbital atomic mai înalt. Dacă energia electronului o depășește pe cea a legăturii cu nucleul, electronul părăsește atomul care rămâne ionizat .

Când electronul se dezactivează, eliberează energie prin emiterea unui foton. De energia fotonului, și numai de aceasta, depinde frecvența acestuia, care este responsabilă pentru o linie caracteristică de-a lungul spectrului de emisie al unei surse de lumină . O parte mai mult sau mai puțin mare a energiei emise poate fi disipată sub formă de căldură.

Exemple

Culoarea caracteristică a flăcărilor metalelor alcaline și a pământului alcalin depinde de frecvența fotonilor emiși de electronii excitați când aceștia revin la starea lor de bază. Excitația este cauzată de coliziunile dintre atomi și molecule datorate căldurii produse în timpul arderii .

Chiar și în lămpile cu descărcare - de exemplu în lămpile neon obișnuite - coliziunile dintre particule determină excitația atomilor, care este indirect responsabilă pentru emisia de lumină. Cu toate acestea, în acest caz, coliziunile nu sunt declanșate de căldură, ci de curentul electric care curge prin plasmă .

O moleculă de clorofilă este capabilă să expulzeze un electron atunci când este excitat de lumina soarelui . Acest proces stă la baza fazei luminoase a fotosintezei .