Stan wzbudzony elektronu odpowiada za wiele wykazywanych przez niego właściwości. Jest podstawą chemii atomowej i tworzenia cząsteczek. Ten artykuł ilustruje interesujące fakty związane z fazą wzbudzenia elektronów.
Stan wzbudzony elektronu można zdefiniować jako chwilowy ruch elektronu ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego przy dostarczeniu dodatkowej energii. Ten wzbudzony stan elektronu można osiągnąć poprzez przenoszenie energii w postaci zderzeń między cząsteczkami, absorpcji fotonu, paczki lub światła.
Aby zrozumieć wzbudzony stan elektronu, należy koniecznie zwrócić uwagę na strukturę energetyczną atomu. Atom składa się z 3 jednostek, a mianowicie neutronów, protonów i elektronów. Jądro składa się z protonów i neutronów, które są otoczone elektronami w dobrze zdefiniowanych powłokach, znanych jako poziomy energetyczne, które mają różne energie. Jest to opis stanu podstawowego atomu, w którym elektrony są w stanie najniższej energii.
Każdy orbital ma określone parametry energetyczne. Aby elektron został wzbudzony, musi przejść z najniższego stabilnego poziomu energii na wyższy niestabilny poziom energii. Może to być możliwe tylko wtedy, gdy elektron pokona różnicę energii między obydwoma orbitami. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy foton o takiej pojemności energetycznej zostanie pochłonięty przez elektron. Spełnienie tego zapotrzebowania energetycznego prowadzi do idealnego stanu wzbudzonego elektronu. Ale ten wzbudzony stan elektronu jest przejściowy i w ciągu kilku milisekund elektrony wracają do stanu podstawowego ze stanu wzbudzonego z emisją fotonu.
Poza wzbudzonym stanem elektronu, istnieje również możliwość osiągnięcia przez elektron maksymalnej energii, w której przyciąganie jądrowe lub energia jądrowa nie odgrywa żadnej roli. Ten elektron w stanie wzbudzonym jest elektronem zjonizowanym. Istnieje wiele faktów związanych ze stanem wzbudzonym elektronu, który omówimy powyżej:
- Konfiguracja elektronowa stanu wzbudzonego elektronu
- Kiedy jest wzbudzony stan elektronu?
- Jak powstaje stan wzbudzony elektronu?
- Rola konfiguracji elektronowej w wyznaczaniu stanu wzbudzonego elektronu
- Wzór konfiguracji elektronowej w stanie wzbudzonym elektronu
- Czas elektronu w stanie wzbudzonym
- Zmiany elektronu w stanie wzbudzonym elektronu
- Pierwszy wzbudzony stan elektronu
- Obliczanie pierwszego stanu wzbudzonego elektronu
- Poziom elektronu pierwszego stanu wzbudzonego
- Ważność wzbudzonego stanu elektronu
Konfiguracja elektronowa elektronu w stanie wzbudzonym
Konfiguracja elektronowa to ułożenie elektronów na poziomach energetycznych zgodnie ze stabilnością. Zwykle konfiguracja elektroniczna każdego pierwiastka przedstawionego w układzie okresowym jest w stanie podstawowym. Podczas wiązania pierwiastków w różne związki dochodzi do dzielenia się, pozyskiwania i utraty elektronów, co prowadzi do wzbudzonego stanu powstawania elektronów.
Elektrony w stanie wzbudzonym powstają w wyniku dopływu energii i zawsze znajdują się w wyższym układzie. Pokazuje to na przykładzie. Rozważmy na przykład tlen mający liczbę atomową = 8. Jego konfiguracja elektronowa w stanie podstawowym lub najniższej najbardziej stabilnej formie energii to 1s22s22p4. Jeśli tlen ma być wzbudzony, to może zajmować nieskończoną liczbę orbitali, ale zwykle zajmują one następny orbital. Czyli w stanie wzbudzonym elektronowa konfiguracja tlenu będzie wynosić 1s22s22p33s1
Kiedy jest wzbudzony stan elektronu?
Stan wzbudzony elektronu występuje, ponieważ elektrony walencyjne lub elektrony skrajne nie zawsze pozostają w swoich powłokach. Ze względu na pochłanianie ciepła, światła lub kwantów przeskakują na wyższy poziom energii, który znajduje się daleko od jądra. Ale to zjawisko nie jest trwałe. Wzbudzony elektron powraca do swojej pierwotnej pozycji tracąc energię, przez co nazywa się to procesem emisji.
Jak powstaje stan wzbudzony elektronu?
Proces powstawania stanu wzbudzonego elektronu przebiega podobnie jak wyjaśniono powyżej. Polega na absorpcji i emisji energii, która prowadzi do wzbudzenia, a następnie przywrócenia elektronów do stanu podstawowego. Minimalna energia wymagana do ruchu elektronu to energia progowa. Jest to różnica między stanem podstawowym a stanem wzbudzonym. Ta kompletna procedura odbywa się w ograniczonej długości fali, która z kolei emituje kolorowe promieniowanie, tworząc w ten sposób widma.
Na przykład metal miedziany po podgrzaniu w gorącym płomieniu, wtedy kolor płomienia jest jasnozielony. Jest to uzasadnione stanem wzbudzonym elektronu, po którym następuje emisja.
Rola konfiguracji elektronowej w wyznaczaniu stanu wzbudzonego elektronu
Na konfigurację elektronową wpływa stan wzbudzony elektronu. Konfiguracja elektronowa atomu, w którym występuje wzbudzenie, pokazuje ruch elektronów walencyjnych na następny wyższy orbital.
Na przykład metaliczny sód to metal, który ma liczbę atomową 11. Jego konfiguracja elektroniczna stanu podstawowego wynosi 1s22s22p63s1. Podczas wzbudzenia elektron obecny na podpoziomie 3s zostanie promowany do podpoziomu 3p. Zatem konfiguracja elektronowa stanu wzbudzonego będzie równa 1s22s22p63p1. Ale jest to bardzo niestabilny stan i stan wzbudzony elektronu nie będzie długowieczny, zanim powróci do swojej pierwotnej konfiguracji elektronicznej.
Cała ta procedura wzbudzenia i powrotu do stanu pierwotnego skutkuje wyzwoleniem charakterystycznego żółtego płomienia w przypadku sodu metalicznego.
Wzór konfiguracji elektronowej w stanie wzbudzonym elektronu
Nie ma wzorów ani twardej i szybkiej reguły na określenie konfiguracji elektronowej stanu wzbudzonego elektronu. Jedyną ważną rzeczą, o której należy pamiętać, jest to, jak napisać konfigurację elektroniczną elementów o odpowiednim rozkładzie energii. Stan wzbudzony elektronu można wtedy osiągnąć, przeskakując elektron do sąsiedniego wyższego poziomu energii, który jest krótkotrwały.
Czas elektronu w stanie wzbudzonym
Stan wzbudzony elektronów jest okresem bardzo krótkotrwałym ze względu na niestabilność rozkładu energii. W większości atomów średni czas przed procesem emisji wynosi 10-9 do 10-8 sekundy. Jedynym stanem wzbudzonym, który może pozostać przez długi czas, jest stan metastabilny. Chociaż czas jest krótszy niż stan podstawowy, jest znacznie większy niż inny stan wzbudzony elektronu. Znaczny czas w stanie metastabilnym to 10-6 do 10-3.
Zmiany elektronu w stanie wzbudzonym elektronu
Pojęcie tego, co dzieje się z elektronami, gdy są wzbudzone, jest bardzo złożone i ma różne teorie i pojęcia. Wielu naukowców i badaczy uważa, że same elektrony nie przemieszczają się z jednej powłoki do drugiej, ale wielu z nich się z tym nie zgadza
Pracują nad tym poglądem, że atom nie jest obiektem, jak wyjaśnia teoria klasyczna, ale ma postać fali, jak wyjaśnia później rozwinięta teoria kwantowa. Proponuje się, że istnieje ruch elektronów w wielu wzbudzeniach molekularnych, takich jak n do pi*, gdzie stan początkowy i końcowy mają różne funkcje falowe. Ten temat dotyka falowego aspektu orbity, w którym energia ma postać kwant.
Pierwszy wzbudzony stan elektronu
Pierwszy wzbudzony stan elektronu w atomie można wytłumaczyć tym, że elektrony w stanie podstawowym otrzymują energię wystarczającą do przeskoczenia na następny orbital. Na przykład
W atomie H elektrony zajmują powłoki oznaczone jako n. Stan podstawowy wynosi wtedy n=1 i powyżej jest to pierwszy stan wzbudzony elektronu n=2.
Różnica energii jest wyrażona wzorem
En = -13.6eV/n^2 gdzie n = 1, 2, 3, 4….
Zatem różnica energii pierwszego wzbudzonego stanu elektronu może wynosić E2-E1 = 10.2eV
Obliczanie pierwszego stanu wzbudzonego elektronu
Obliczanie energii stanu wzbudzonego elektronu jest zwykle wykonywane dla atomów wodoropodobnych, które mają tylko jeden elektron. Energię n-tego poziomu można obliczyć jako
En = -Z2 x 13.6 eV/ n2 gdzie Z jest liczbą atomową atomu.
Obecność 1 elektronu oznacza, że konfiguracja elektroniczna będzie wynosić 1s1
Zatem E1 = -Z2 x 13.6eV/12
Stąd pierwszy stan wzbudzony poziomu energii elektronu będzie wynosił 1s02s1.
Poziom pierwszego wzbudzonego stanu elektronu
Poziom pierwszego wzbudzonego stanu elektronu można ocenić za pomocą poziomów energetycznych zaproponowanych przez Neila Bohra w jego modelu atomu wodoru. Poziomy energii oznaczono przez n, gdzie n=1 jest stanem podstawowym, a n = 2 jest pierwszym wzbudzonym stanem elektronu. Podkreślił również fakt, że każdy elektron w atomie może osiągnąć swoją maksymalną energię i nadal może być częścią atomu.
Ważność wzbudzonego stanu elektronu
Walidacja stanu wzbudzonego elektronu odbywa się za pomocą teoria funkcjonału gęstości (DFT) przy użyciu rzeczywistej siatki kosmicznej lub zestawu bazowego fali płaskiej. Ta koncepcja jest dość złożona i jest rozpatrywana w kategorii badań.
Wnioski
Podsumowując stan wzbudzony elektronu to stan, w którym elektron przeskakuje ze stanu podstawowego do wyższego stanu wzbudzonego, gdy jest dostarczany z energią większą niż energia progowa w postaci pakietów światła lub ciepła. Ten stan przejściowy jest krótkotrwały i podobna ilość energii jest emitowana podczas odwrócenia, gdy atom przechodzi ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego. Proces ten generuje różne widma w zależności od zaangażowanego pierwiastka.
Witam, jestem Mansi Sharma, ukończyłem studia magisterskie z chemii. Osobiście uważam, że nauka jest bardziej entuzjastyczna, gdy uczy się ją kreatywnie. Jestem ekspertem merytorycznym z chemii.
Połączmy się przez LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/mansi-sharma22