Excited State Of Electron: 11 faktů, které by začátečníci měli vědět!

Excitovaný stav elektronu je zodpovědný za mnoho vlastností, které vykazuje. Je základem atomové chemie a tvorby molekul. Tento článek ilustruje zajímavá fakta související s excitační fází elektronů.

Excitovaný stav elektronu lze definovat jako dočasný pohyb elektronu z jeho základního stavu do excitovaného stavu při poskytnutí další energie. Tohoto excitovaného stavu elektronu lze dosáhnout přenosem energie ve formě srážky mezi molekulami, absorpcí fotonu, balíčku nebo světla.

Pro pochopení excitovaného stavu elektronu je nutné hledat energetický rámec atomu. Atom obsahuje 3 entity, a to neutrony, protony a elektrony. Jádro se skládá z protonů a neutronů, které jsou obklopeny elektrony v dobře definovaných obalech známých jako energetické hladiny, které mají různé energie. Toto je základní popis atomu, kde jsou elektrony ve stavu nejnižší energie.

základní stav
Stabilní základní stav atomu

Každý orbital má specifické energetické parametry. Aby byl elektron excitován, musí se přesunout z nejnižší stabilní energetické hladiny na vyšší nestabilní energetickou hladinu. To je možné pouze tehdy, pokud elektron překoná energetický rozdíl mezi oběma orbitaly. To je možné pouze v případě, že foton o takové energetické kapacitě je absorbován elektronem. Splnění tohoto energetického požadavku vede k ideálnímu stavu pro excitovaný stav elektronu. Ale tento excitovaný stav elektronu je přechodný a během několika milisekund se elektrony vrátí do svého základního stavu z excitovaného stavu s emisí fotonu.

excitovaný stav elektronu
Přechod v excitovaném stavu elektronu

Kromě excitovaného stavu elektronu existuje také možnost, že elektron dosáhne maximální energie, kde jaderná přitažlivost nebo jaderná energie nehraje žádnou roli. Tento excitovaný elektron je ionizovaný elektron. Existuje mnoho faktů spojených s excitovaným stavem elektronu, o kterých se diskutuje dále:

ionizovaný stav
Vybuzený stav elektronu s maximální energií
  1. Elektronová konfigurace excitovaného stavu elektronu
  2. Kdy je excitovaný stav elektronu?
  3. Jak vzniká excitovaný stav elektronu?
  4. Role elektronové konfigurace při určování excitovaného stavu elektronu
  5. Vzorec elektronové konfigurace při excitovaném stavu elektronu
  6. Doba excitovaného elektronu
  7. Změny elektronu během excitovaného stavu elektronu
  8. První excitovaný stav elektronu
  9. Výpočet prvního excitovaného stavu elektronu
  10. Úroveň elektronu prvního excitovaného stavu
  11. Platnost excitovaného stavu elektronu

Elektronová konfigurace excitovaného elektronu

Elektronická konfigurace je uspořádání elektronů v energetických hladinách podle stability. Obvykle je elektronická konfigurace každého prvku zobrazeného v periodické tabulce v základním stavu. Při vazbě prvků za vzniku různých sloučenin dochází ke sdílení, získávání a ztrátě elektronů, což vede k excitovanému stavu tvorby elektronů. 

Elektrony v excitovaném stavu vznikají příkonem energie a jsou vždy ve vyšším uspořádání. Je to demonstrováno pomocí příkladu. Uvažujme například kyslík s atomovým číslem = 8. Jeho elektronová konfigurace v základním stavu nebo nejnižší nejstabilnější energetické formě je 1 s22s22p4. Pokud má být kyslík excitován, pak může obsadit nekonečný počet orbitalů, ale obvykle obsadí další orbital. Takže v excitovaném stavu bude elektronická konfigurace kyslíku 1s22s22p33s1

Kdy je excitovaný stav elektronu?

K excitovanému stavu elektronu dochází proto, že valenční elektrony nebo nejvzdálenější elektrony nezůstávají vždy ve svých příslušných obalech. Díky absorbci tepla, světla nebo kvant přeskočí na vyšší energetickou hladinu, která je daleko od jádra. Tento jev ale není trvalý. Excitovaný elektron se vrací do své původní polohy a ztrácí energii, čímž se nazývá proces emise.

Jak vzniká excitovaný stav elektronu?

Proces vzniku excitovaného stavu elektronu je podobný, jak bylo vysvětleno výše. Zahrnuje absorpci a emisi energie, která vede k excitaci a následnému získání elektronů zpět do jejich základního stavu. Minimální energie potřebná pro pohyb elektronu je prahová energie. Je to rozdíl mezi základním stavem a excitovaným stavem. Tento úplný postup se děje v omezené vlnové délce, která zase vyzařuje barevné záření a tím tvoří spektra.

Například měděný kov, když se zahřívá v horkém plameni, pak je barva plamene jasně zelená. To je odůvodněno excitovaným stavem elektronu následovaným emisí.

Role elektronové konfigurace při určování excitovaného stavu elektronu

Elektronická konfigurace je ovlivněna excitovaným stavem elektronu. Elektronová konfigurace atomu, kde dochází k excitaci, ukazuje pohyb valenčních elektronů na nejbližší vyšší orbital.

Například kov sodíku je kov, který má atomové číslo 11. Jeho základní elektronická konfigurace je 1s22s22p63s1. Během excitace bude elektron přítomný v podúrovni 3s povýšen na podúroveň 3p. Elektronická konfigurace vybuzeného stavu bude tedy 1s22s22p63p1. Ale to je velmi nestabilní stav a excitovaný stav elektronu nebude mít dlouhou životnost, než se vrátí do své původní elektronické konfigurace.

Celý tento proces buzení a návratu do původního stavu má za následek uvolnění charakteristického žlutého plamene v případě kovového sodíku.

Vzorec elektronové konfigurace při excitovaném stavu elektronu

Neexistují žádné vzorce ani pevná pravidla pro určení elektronové konfigurace excitovaného stavu elektronu. Jediná důležitá věc, kterou je třeba si uvědomit, je, jak zapsat elektronickou konfiguraci prvků se správným rozložením energie. Excitovaného stavu elektronu pak lze dosáhnout přeskočením elektronu na sousední vyšší energetickou hladinu, která je krátkodobá.

Doba excitovaného elektronu

Vybuzený stav elektronů je velmi krátkodobá kvůli nestabilitě distribuce energie. U většiny atomů je průměrná doba před procesem emise 10-9 na 10-8 sekundy. Jediný excitovaný stav, který může zůstat po dlouhou dobu, je metastabilní stav. I když je čas kratší než v základním stavu, je mnohem delší než u jiného excitovaného stavu elektronu. Značná doba v metastabilním stavu je 10-6 na 10-3.

Změny elektronu během excitovaného stavu elektronu

Koncept toho, co se děje s elektrony, když jsou excitované, je velmi složitý a má různé teorie a představy. Mnoho vědců a výzkumníků se domnívá, že samotné elektrony se nepřemísťují z jednoho obalu do druhého, ale mnoho z nich nesouhlasí

Pracují na této představě, že atom není objekt, jak vysvětluje klasická teorie, ale je ve formě vlny, jak vysvětluje později vyvinutá kvantová teorie. Předpokládá se, že dochází k pohybu elektronů v mnoha molekulárních excitacích, jako je n až pi*, kde počáteční a konečné stavy mají různé vlnové funkce. Toto téma se dotýká vlnového aspektu orbitalu, kde je energie ve formě kvanta.

První excitovaný stav elektronu

První excitovaný stav elektronu v atomu lze vysvětlit tak, že elektrony v základním stavu dostanou dostatečnou energii k přeskočení na další orbital. Například 

V atomu H elektrony okupují obaly označené jako n. Základní stav je pak n=1 a nad ním je první excitovaný stav elektronu n=2.

Energetický rozdíl je dán 

En = -13.6 eV/n^2, kde n = 1, 2, 3, 4….

Takže energetický rozdíl prvního excitovaného stavu elektronu může být E2-E1 = 10.2eV

Výpočet prvního excitovaného stavu elektronu

Energetický výpočet excitovaného stavu elektronu se obvykle provádí pro atomy podobné vodíku, které mají pouze jeden elektron. Energii n-té hladiny lze vypočítat jako 

En = -Z2 x 13.6eV/ n2 kde Z je atomové číslo atomu.

Přítomnost 1 elektronu znamená, že elektronická konfigurace bude 1s1

Takže E1 = -Z2 x 13.6 eV/12

První excitovaný stav energetické hladiny elektronů bude tedy 1s02s1.

Úroveň prvního excitovaného stavu elektronu

Úroveň prvního excitovaného stavu elektronu může být posouzena pomocí energetických úrovní navržených Neilem Bohrem ve svém modelu atomu vodíku. Energetické hladiny se označují n, kde n=1 je považováno za základní stav a n = 2 je první excitovaný stav elektronu. Zdůraznil také skutečnost, že každý elektron v atomu může dosáhnout své maximální energie a stále může být součástí atomu.

Platnost excitovaného stavu elektronu

Validace excitovaného stavu elektronu se provádí pomocí teorie funkcionálu hustoty (DFT) pomocí buď skutečné vesmírné mřížky nebo základní sady rovinných vln. Tento koncept je poměrně složitý a je zvažován v kategorii výzkumu.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Abychom to shrnuli, excitovaný stav elektronu je stav, kdy elektron přeskočí ze svého základního stavu do vyššího excitovaného stavu, když je mu poskytnuta energie vyšší než prahová energie ve formě balíčků světla nebo tepla. Tento přechodný stav má krátkou životnost a podobné množství energie je emitováno při obrácení, když atom klesne z excitovaného stavu do základního stavu. Tento proces generuje různá spektra na základě použitého prvku.