Возбудена состојба

Возбудена состојба — состојба на еден систем во квантната механика (како на пр. атом, молекула или јадро) со повисока енергија од основната состојба (т.е. повеќе енергија од апсолутниот минимум). Возбудувањето се однесува на покачувањето на енергетското ниво над избрана појдовна точка, обично основната состојба, но понекогаш веќе возбудена состојба. Температурата на група честички е показател за нивото на возбуденост (со исклучок на системите што имаат негативна температура).

Животниот век на еден систем во возбудена состојба обично е краток: спонтаното или поттикнатото лачење на квантна енергија (како фотон или фонон) обично се случува накратко по возбудувањето на системот, враќајќи го на пониска енергија (во помалку возбудена или во основната состојба). Ова враќање на пониско енергетско ниво општо се опишува како распад и е спротивен на возбудувањето.

Долготрајните возбудени состојби се нарекуваат метастабилни. Два примера се јадрени изомери и синглетен кислород.

Атомско возбудување

Атомите можат да се возбудат од топлина, електрицитет или светлина. Водородниот атом дава добар пример за овој концепт.

Основната состојба на водородниот атом е еден електрон во најниска можна орбитала (т.е. сферно симетричната „1s“-бранова функција, која досега покажнува најниски можни квантни броеви). Давајќи му на атомот дооплнителна енергија (на пр. со впивањето на фотон со соодветна енергија), електронот стапува во возбудена состојба (со еден или повеќе квантни броеви поголеми од можниот минимум). Кога електронот ќе се најде меѓу две состојби (многу брза промена), тој е во суперпозиција на обете состојби.^[1] Ако фотонот има премногу енергија, електронот повеќе нема да биде сврзан со атомот, и атомот ќе стане јонизиран.

По возбудувањето атомот може да се врати на основната состојба или пониска возбуденост со испуштање на фотон со карактеристична енергија. Испуштањето на фотони од атоми во различни возбудени состојби води до низа карактеристични оддавни линии на електромагнетниот спектар.

Атомот во високовозбудена состојба се нарекува Ридбергов атом. Систем од високовозбудени атоми може да создаде долготрајна кондензирана возбудена состојба наречена Ридбергова материја.

Возбудување на растроен гас

Збирот од молекули што образуваат гас може да се сметаат за возбудени ако еден или повеќе молекули имаат покачен степен на кинетичка енергија така што добиената брзинска распределба отстапува од рамнотежата рамнотежната Болцманова распределба. Оваа појава е подробно проучена во случајот на дводимензионален гас, анализирајќи го времето потребно за успокојување до рамнотежа.

Пресметка на возбудени состојби

Excited states are often calculated using спарен склоп, Мелер-Плесетова теорија за растројувањето, повеќеконфигурациско самоскладно поле, конфигурациско заемодејство,^[2] и временски зависна теорија на густински функционал.^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]^[8]

Реакција

Понатамошна последица од образувањето во возбудена состојба може да биде реакцијата на атомот или молекулата во возбудена состојба, како во фотохемијата.

Поврзано

Наводи

↑ Quantum Leaps, Long Assumed to Be Instantaneous, Take Time
↑ Hehre, Warren J. (2003). A Guide to Molecular Mechanics and Quantum Chemical Calculations (PDF). Irvine, California: Wavefunction, Inc. ISBN 1-890661-06-6.
↑ Glaesemann, Kurt R.; Govind, Niranjan; Krishnamoorthy, Sriram; Kowalski, Karol (2010). „EOMCC, MRPT, and TDDFT Studies of Charge Transfer Processes in Mixed-Valence Compounds: Application to the Spiro Molecule“. The Journal of Physical Chemistry A. 114 (33): 8764–8771. Bibcode:2010JPCA..114.8764G. doi:10.1021/jp101761d. PMID 20540550.
↑ Dreuw, Andreas; Head-Gordon, Martin (2005). „Single-Reference ab Initio Methods for the Calculation of Excited States of Large Molecules“. Chemical Reviews. 105 (11): 4009–37. doi:10.1021/cr0505627. PMID 16277369.
↑ Knowles, Peter J.; Werner, Hans-Joachim (1992). „Internally contracted multiconfiguration-reference configuration interaction calculations for excited states“. Theoretica Chimica Acta. 84 (1–2): 95–103. doi:10.1007/BF01117405. S2CID 96830841.
↑ Foresman, James B.; Head-Gordon, Martin; Pople, John A.; Frisch, Michael J. (1992). „Toward a systematic molecular orbital theory for excited states“. The Journal of Physical Chemistry. 96: 135–149. doi:10.1021/j100180a030.
↑ Glaesemann, Kurt R.; Gordon, Mark S.; Nakano, Haruyuki (1999). „A study of FeCO+ with correlated wavefunctions“. Physical Chemistry Chemical Physics. 1 (6): 967–975. Bibcode:1999PCCP....1..967G. doi:10.1039/a808518h.
↑ Ariyarathna, Isuru (1 март 2021). First Principle Studies on Ground and Excited Electronic States: Chemical Bonding in Main-Group Molecules, Molecular Systems with Diffuse Electrons, and Water Activation using Transition Metal Monoxides (Thesis) (англиски). hdl:10415/7601.