Возбужденное состояние - Excited state

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; стрелками показана неупругая рентгеновская спектроскопия.

В квантовая механика, возбужденное состояние системы (например, атом, молекула или же ядро ) любой квантовое состояние системы, имеющей более высокий энергия чем основное состояние (то есть больше энергии, чем абсолютный минимум). Возбуждение - это повышение уровня энергии над произвольным исходным энергетическим состоянием. В физике есть особое техническое определение уровень энергии что часто связано с переводом атома в возбужденное состояние.[нужна цитата ][необходимо определение ] В температура группы частиц указывает на уровень возбуждения (за заметным исключением систем, которые демонстрируют отрицательная температура ).

Время жизни системы в возбужденном состоянии обычно невелико: спонтанный или же индуцированная эмиссия кванта энергии (например, фотон или фонон ) 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 метастабильный. Долгожитель ядерные изомеры и синглетный кислород два примера этого.

Атомное возбуждение

Простым примером этой концепции является рассмотрение атом водорода.

Основное состояние атома водорода соответствует наличию единственного состояния атома. электрон в минимально возможном орбитальный (то есть сферически симметричный "1 с " волновая функция, который до сих пор демонстрировал минимально возможное квантовые числа ). Придавая атому дополнительную энергию (например, поглощая фотон соответствующей энергии), электрон может переходить в возбужденное состояние (состояние с одним или несколькими квантовыми числами больше минимально возможного). Если у фотона слишком много энергии, электрон перестанет быть граница к атому, и атом станет ионизированный.

После возбуждения атом может вернуться в основное состояние или более низкое возбужденное состояние, испуская фотон с характерной энергией. Эмиссия фотонов из атомов в различных возбужденных состояниях приводит к электромагнитный спектр показывая серию характеристик эмиссионные линии (в том числе, в случае атома водорода, Серии Лаймана, Бальмера, Пашена и Брэкетта.)

Атом в высоком возбужденном состоянии называется Атом Ридберга. Система высоковозбужденных атомов может образовывать долгоживущее конденсированное возбужденное состояние, например конденсированная фаза, полностью состоящая из возбужденных атомов: Дело Ридберга. Водород также может возбуждаться теплом или электричеством.

Возбуждение возмущенного газа

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. Распределение Больцмана. Это явление было изучено на примере двумерный газ более подробно, анализируя время, необходимое для релаксации до состояния равновесия.

Расчет возбужденных состояний

Возбужденные состояния часто вычисляются с использованием связанный кластер, Теория возмущений Меллера – Плессе., многоконфигурационное самосогласованное поле, конфигурационное взаимодействие,[1] и теория функционала плотности, зависящая от времени.[2][3][4][5][6]

Поглощение возбужденного состояния

Возбуждение системы (атома или молекулы) из одного возбужденного состояния в возбужденное состояние с более высокой энергией с поглощением фотона называется поглощение возбужденного состояния (ЕКА). 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 зонда, таких как флэш-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

Основная статья: Фотохимия

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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хере, Уоррен Дж. (2003). Руководство по молекулярной механике и квантово-химическим расчетам (PDF). Ирвин, Калифорния: Wavefunction, Inc. ISBN  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 A. 114 (33): 8764–8771. Bibcode:2010JPCA..114.8764G. Дои:10.1021 / jp101761d. PMID  20540550.
  3. ^ Дреу, Андреас; Хед-Гордон, Мартин (2005). "Одноэлементные ab initio методы для расчета возбужденных состояний больших молекул". Химические обзоры. 105 (11): 4009–37. Дои: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. Дои: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. Дои: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. Дои: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 родамин-6Ж». Письма по химической физике. 39 (2): 320–322. Bibcode:1976CPL .... 39..320D. Дои:10.1016/0009-2614(76)80085-1.

внешняя ссылка