Возбужденное состояние
В квантовой механике возбужденное состояние системы (например, атома , молекулы или ядра ) — это любое квантовое состояние системы, которое имеет более высокую энергию , чем основное состояние (то есть больше энергии, чем абсолютный минимум). Возбуждение относится к увеличению уровня энергии выше выбранной начальной точки, обычно основного состояния, но иногда и уже возбужденного состояния. Температура отрицательной группы частиц указывает на уровень возбуждения (за заметным исключением систем с температурой ).
Время жизни системы в возбужденном состоянии обычно коротко: спонтанное или индуцированное излучение кванта энергии (например, фотона или фонона ) обычно происходит вскоре после того, как система переводится в возбужденное состояние, возвращая систему в состояние с более низкой энергией (менее возбужденное состояние или основное состояние). Этот возврат на более низкий энергетический уровень часто называют распадом и является обратным возбуждению.
Долгоживущие возбужденные состояния часто называют метастабильными . долгоживущие ядерные изомеры и синглетный кислород Двумя примерами этого являются .
Атомное возбуждение [ править ]
Атомы могут возбуждаться под действием тепла, электричества или света. Атом водорода представляет собой простой пример этой концепции.
атома Основное состояние атома водорода имеет единственный электрон на самой низкой возможной орбитали (то есть сферически симметричная « 1s » волновая функция , которая, как до сих пор было продемонстрировано, имеет наименьшие возможные квантовые числа ). Придавая атому дополнительную энергию (например, путем поглощения фотона соответствующей энергии), электрон переходит в возбужденное состояние (в состояние с одним или несколькими квантовыми числами, превышающими минимально возможное). Когда электрон оказывается между двумя состояниями (переход, который происходит очень быстро), он находится в суперпозиции обоих состояний. [1] Если у фотона слишком много энергии, электрон перестанет быть связанным с атомом, и атом станет ионизированным .
После возбуждения атом может вернуться в основное состояние или в более низкое возбужденное состояние, испустив фотон с характеристической энергией. Испускание фотонов атомами в различных возбужденных состояниях приводит к появлению в электромагнитном спектре ряда характерных линий излучения (в том числе, в случае атома водорода, серий Лаймана, Бальмера, Пашена и Брэкетта ).
Атом, находящийся в высоковозбужденном состоянии, называется ридберговским атомом . Система высоковозбужденных атомов может образовывать долгоживущее конденсированное возбужденное состояние — ридберговскую материю .
Возмущенное газовое возбуждение [ править ]
Совокупность молекул, образующих газ, можно рассматривать в возбужденном состоянии, если одна или несколько молекул подняты до таких уровней кинетической энергии, что результирующее распределение скоростей отклоняется от равновесного распределения Больцмана . Это явление было достаточно подробно изучено на примере двумерного газа , анализируя время, необходимое для релаксации до равновесия.
Расчет возбужденных состояний [ править ]
Возбужденные состояния часто рассчитываются с использованием связанного кластера , теории возмущений Меллера-Плессе , многоконфигурационного самосогласованного поля , конфигурационного взаимодействия . [2] и теория функционала плотности, зависящая от времени . [3] [4] [5] [6] [7] [8]
Поглощение состоянии возбужденном в
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 возбужден из основного состояния в более низкое возбужденное состояние. Поглощение в возбужденном состоянии обычно является нежелательным эффектом, но оно может быть полезно при ап-конверсионной накачке. [9] Измерения поглощения в возбужденном состоянии проводятся с использованием методов «насос-зонд», 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. [10]
Реакция [ править ]
Дальнейшим следствием образования возбужденного состояния может быть реакция атома или молекулы в возбужденном состоянии, как в фотохимии .
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Квантовые скачки, которые долгое время считались мгновенными, требуют времени
- ^ Хере, Уоррен Дж. (2003). Руководство по молекулярной механике и квантово-химическим расчетам (PDF) . Ирвин, Калифорния: ISBN Wavefunction, Inc. 1-890661-06-6 .
- ^ Глеземанн, Курт Р.; Говинд, Ниранджан; Кришнамурти, Шрирам; Ковальский, Кароль (2010). «Исследование EOMCC, MRPT и TDDFT процессов переноса заряда в соединениях со смешанной валентностью: применение к спиро-молекуле». Журнал физической химии А. 114 (33): 8764–8771. Бибкод : 2010JPCA..114.8764G . дои : 10.1021/jp101761d . ПМИД 20540550 .
- ^ Дрю, Андреас; Хед-Гордон, Мартин (2005). «Одноэтапные ab initio методы расчета возбужденных состояний больших молекул». Химические обзоры . 105 (11): 4009–37. дои : 10.1021/cr0505627 . ПМИД 16277369 .
- ^ Ноулз, Питер Дж.; Вернер, Ханс-Иоахим (1992). «Расчеты взаимодействия многоконфигурационных и эталонных конфигураций с внутренним сжатием для возбужденных состояний». Теоретика Химика Акта . 84 (1–2): 95–103. дои : 10.1007/BF01117405 . S2CID 96830841 .
- ^ Форесман, Джеймс Б.; Хед-Гордон, Мартин; Попл, Джон А.; Фриш, Майкл Дж. (1992). «К систематической теории молекулярных орбиталей для возбужденных состояний». Журнал физической химии . 96 : 135–149. дои : 10.1021/j100180a030 .
- ^ Глеземанн, Курт Р.; Гордон, Марк С.; Накано, Харуюки (1999). «Исследование FeCO+ с коррелированными волновыми функциями». Физическая химия Химическая физика . 1 (6): 967–975. Бибкод : 1999PCCP....1..967G . дои : 10.1039/a808518h .
- ^ Арияратна, Исуру (01 марта 2021 г.). Первые принципиальные исследования основных и возбужденных электронных состояний: химическая связь в молекулах основной группы, молекулярные системы с диффузными электронами и активация воды с использованием монооксидов переходных металлов (Диссертация). hdl : 10415/7601 .
- ^ Пашотта, Рюдигер. «Поглощение в возбужденном состоянии» . www.rp-photonics.com .
- ^ Долан, Гиора; Гольдшмидт, Чмуэль Р. (1976). «Новый метод измерения сечения абсолютного поглощения: синглет-синглетный спектр поглощения, возбужденный родамином-6G». Письма по химической физике . 39 (2): 320–322. Бибкод : 1976CPL....39..320D . дои : 10.1016/0009-2614(76)80085-1 .
Внешние ссылки [ править ]
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
