Ενθουσιασμένη κατάσταση ηλεκτρονίων: 11 γεγονότα που πρέπει να γνωρίζουν οι αρχάριοι!

Η διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου είναι υπεύθυνη για πολλές ιδιότητες που παρουσιάζει. Είναι η βάση της ατομικής χημείας και του σχηματισμού μορίων. Αυτό το άρθρο απεικονίζει ενδιαφέροντα γεγονότα που σχετίζονται με τη φάση διέγερσης των ηλεκτρονίων.

Η διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου μπορεί να οριστεί ως η προσωρινή κίνηση ενός ηλεκτρονίου από τη θεμελιώδη κατάσταση σε μια διεγερμένη κατάσταση με την παροχή επιπλέον ενέργειας. Αυτή η διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου μπορεί να επιτευχθεί με μεταφορά ενέργειας με τη μορφή σύγκρουσης μεταξύ μορίων, απορρόφησης ενός φωτονίου, πακέτου ή φωτός.

Για την κατανόηση της διεγερμένης κατάστασης του ηλεκτρονίου είναι υποχρεωτικό να προσέξετε το ενεργειακό πλαίσιο ενός ατόμου. Ένα άτομο περιλαμβάνει 3 οντότητες, δηλαδή νετρόνια, πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια τα οποία περιβάλλονται από ηλεκτρόνια σε καλά καθορισμένα κελύφη γνωστά ως ενεργειακά επίπεδα που έχουν ποικίλες ενέργειες. Αυτή είναι η περιγραφή της θεμελιώδους κατάστασης ενός ατόμου όπου τα ηλεκτρόνια βρίσκονται στην κατάσταση της χαμηλότερης ενέργειας.

κατάσταση εδάφους
Η σταθερή θεμελιώδης κατάσταση ενός ατόμου

Κάθε τροχιακό έχει συγκεκριμένες ενεργειακές παραμέτρους. Για να διεγερθεί ένα ηλεκτρόνιο πρέπει να μετακινηθεί από το χαμηλότερο σταθερό ενεργειακό επίπεδο στο υψηλότερο ασταθές ενεργειακό επίπεδο. Αυτό μπορεί να είναι δυνατό μόνο εάν το ηλεκτρόνιο ξεπεράσει τη διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο τροχιακών. Αυτό μπορεί να είναι δυνατό μόνο εάν ένα φωτόνιο με τόση ενεργειακή χωρητικότητα απορροφηθεί από το ηλεκτρόνιο. Η εκπλήρωση αυτής της ενεργειακής απαίτησης οδηγεί στην ιδανική συνθήκη για διεγερμένη κατάσταση ηλεκτρονίων. Αλλά αυτή η διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου είναι παροδική και μέσα σε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου τα ηλεκτρόνια επιστρέφουν στη βασική τους κατάσταση από τη διεγερμένη κατάσταση με την εκπομπή του φωτονίου.

διεγερμένη κατάσταση ηλεκτρονίου
Μετάβαση σε διεγερμένη κατάσταση ηλεκτρονίου

Εκτός από τη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου, υπάρχει επίσης η πιθανότητα το ηλεκτρόνιο να επιτύχει τη μέγιστη ενέργεια όπου η πυρηνική έλξη ή η πυρηνική ενέργεια δεν έχει κανέναν ρόλο. Αυτό το ηλεκτρόνιο διεγερμένης κατάστασης είναι το ιονισμένο ηλεκτρόνιο. Υπάρχουν πολλά γεγονότα που σχετίζονται με τη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου που θα συζητηθεί παρακάτω:

ιονισμένη κατάσταση
Διεγερμένη κατάσταση ηλεκτρονίου με μέγιστη ενέργεια
  1. Ηλεκτρονική διαμόρφωση της διεγερμένης κατάστασης του ηλεκτρονίου
  2. Πότε είναι η διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου;
  3. Πώς σχηματίζεται η διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου;
  4. Ο ρόλος της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης στον προσδιορισμό της διεγερμένης κατάστασης του ηλεκτρονίου
  5. Τύπος ηλεκτρονικής διαμόρφωσης κατά τη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου
  6. Ο χρόνος του ηλεκτρονίου διεγερμένης κατάστασης
  7. Αλλαγές στο ηλεκτρόνιο κατά τη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου
  8. Η πρώτη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου
  9. Υπολογισμός πρώτης διεγερμένης κατάστασης ηλεκτρονίου
  10. Επίπεδο ηλεκτρονίου πρώτης διεγερμένης κατάστασης
  11. Εγκυρότητα διεγερμένης κατάστασης ηλεκτρονίου

Ηλεκτρονική διαμόρφωση ηλεκτρονίου διεγερμένης κατάστασης

Η ηλεκτρονική διαμόρφωση είναι η διάταξη των ηλεκτρονίων στα ενεργειακά επίπεδα σύμφωνα με τη σταθερότητα. Συνήθως, η ηλεκτρονική διαμόρφωση κάθε στοιχείου που απεικονίζεται στον περιοδικό πίνακα βρίσκεται στη βασική του κατάσταση. Κατά τη σύνδεση των στοιχείων για να σχηματιστούν διάφορες ενώσεις, υπάρχει κοινή χρήση, απόκτηση και απώλεια ηλεκτρονίων που οδηγεί σε μια διεγερμένη κατάσταση σχηματισμού ηλεκτρονίων. 

Τα ηλεκτρόνια διεγερμένης κατάστασης σχηματίζονται από την είσοδο ενέργειας και βρίσκονται πάντα σε υψηλότερη διάταξη. Αποδεικνύεται με τη βοήθεια ενός παραδείγματος. Για παράδειγμα, ας θεωρήσουμε το οξυγόνο με ατομικό αριθμό = 8. Η ηλεκτρονική του διαμόρφωση στη θεμελιώδη κατάσταση ή στη χαμηλότερη πιο σταθερή μορφή ενέργειας είναι 1s22s22p4. Εάν το οξυγόνο πρόκειται να διεγερθεί, τότε μπορεί να καταλάβει άπειρο αριθμό τροχιακών, αλλά συνήθως, καταλαμβάνουν το επόμενο τροχιακό. Έτσι, στη διεγερμένη κατάσταση, η ηλεκτρονική διαμόρφωση του οξυγόνου θα είναι 1s22s22p33s1

Πότε είναι η διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου;

Η διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου συμβαίνει επειδή τα ηλεκτρόνια σθένους ή τα εξώτατα ηλεκτρόνια δεν παραμένουν πάντα στα αντίστοιχα κελύφη τους. Λόγω της απορρόφησης της θερμότητας, του φωτός ή των κβαντών, πηδούν σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας που είναι πολύ μακριά από τον πυρήνα. Όμως αυτό το φαινόμενο δεν είναι μόνιμο. Το διεγερμένο ηλεκτρόνιο επιστρέφει στην αρχική του θέση χάνοντας ενέργεια και έτσι το ονομάζει διαδικασία εκπομπής.

Πώς σχηματίζεται η διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου;

Η διαδικασία σχηματισμού της διεγερμένης κατάστασης του ηλεκτρονίου είναι παρόμοια όπως εξηγήθηκε παραπάνω. Περιλαμβάνει την απορρόφηση και εκπομπή ενέργειας που οδηγεί σε διέγερση και στη συνέχεια ανάκτηση ηλεκτρονίων πίσω στη βασική τους κατάσταση. Η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την κίνηση του ηλεκτρονίου είναι η ενέργεια κατωφλίου. Είναι η διαφορά μεταξύ της βασικής και της διεγερμένης κατάστασης. Αυτή η πλήρης διαδικασία συμβαίνει σε ένα περιορισμένο μήκος κύματος το οποίο με τη σειρά του εκπέμπει έγχρωμες ακτινοβολίες σχηματίζοντας έτσι φάσματα.

Για παράδειγμα, το μεταλλικό χαλκό όταν θερμαίνεται σε καυτή φλόγα, τότε το χρώμα της φλόγας είναι έντονο πράσινο. Αυτό δικαιολογείται από τη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου που ακολουθείται από εκπομπή.

Ο ρόλος της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης στον προσδιορισμό της διεγερμένης κατάστασης του ηλεκτρονίου

Η ηλεκτρονική διαμόρφωση επηρεάζεται από τη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου. Η ηλεκτρονική διαμόρφωση ενός ατόμου όπου υπάρχει διέγερση δείχνει την κίνηση των ηλεκτρονίων σθένους στο επόμενο υψηλότερο τροχιακό.

Για παράδειγμα, το μέταλλο νατρίου είναι ένα μέταλλο που έχει τον ατομικό αριθμό 11. Η ηλεκτρονική του διάταξη βασικής κατάστασης είναι 1s22s22p63s1. Κατά τη διέγερση, το ηλεκτρόνιο που υπάρχει στο υποεπίπεδο 3s θα προωθηθεί στο υποεπίπεδο 3p. Έτσι, η ηλεκτρονική διαμόρφωση διεγερμένης κατάστασης θα είναι 1s22s22p63p1. Αλλά αυτή είναι μια πολύ ασταθής κατάσταση και η διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου δεν θα διαρκέσει πολύ πριν επιστρέψει στην αρχική της ηλεκτρονική διαμόρφωση.

Όλη αυτή η διαδικασία διέγερσης και επιστροφής στην αρχική της κατάσταση έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση μιας χαρακτηριστικής κίτρινης φλόγας στην περίπτωση του μετάλλου νατρίου.

Τύπος ηλεκτρονικής διαμόρφωσης κατά τη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου

Δεν υπάρχουν τύποι ή σκληρός και γρήγορος κανόνας για τον προσδιορισμό της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης της διεγερμένης κατάστασης του ηλεκτρονίου. Το μόνο σημαντικό πράγμα που πρέπει να γνωρίζετε είναι πώς να γράψετε την ηλεκτρονική διαμόρφωση των στοιχείων με σωστή κατανομή ενέργειας. Στη συνέχεια, η διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου μπορεί να επιτευχθεί πηδώντας το ηλεκτρόνιο στο παρακείμενο υψηλότερο επίπεδο ενέργειας που είναι βραχύβια.

Ο χρόνος του ηλεκτρονίου διεγερμένης κατάστασης

Η διεγερμένη κατάσταση των ηλεκτρονίων είναι μια πολύ βραχύβια περίοδος λόγω της αστάθειας στην κατανομή της ενέργειας. Στα περισσότερα άτομα, ο μέσος χρόνος πριν από τη διαδικασία εκπομπής είναι 10-9 να 10-8 δευτερόλεπτα. Η μόνη διεγερμένη κατάσταση που μπορεί να παραμείνει για μεγάλο χρονικό διάστημα είναι η μετασταθερή κατάσταση. Αν και ο χρόνος είναι μικρότερος από τη θεμελιώδη κατάσταση, είναι πολύ περισσότερος από την άλλη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου. Ο σημαντικός χρόνος στη μετασταθερή κατάσταση είναι 10-6 να 10-3.

Αλλαγές στο ηλεκτρόνιο κατά τη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου

Η έννοια του τι συμβαίνει με τα ηλεκτρόνια όταν διεγείρονται είναι πολύ περίπλοκη και έχει διαφορετικές θεωρίες και έννοιες. Πολλοί επιστήμονες και ερευνητές πιστεύουν ότι τα ίδια τα ηλεκτρόνια δεν μετακινούνται από το ένα φλοιό στο άλλο, αλλά πολλοί από αυτούς διαφωνούν

Εργάζονται πάνω σε αυτή την ιδέα ότι ένα άτομο δεν είναι αντικείμενο όπως εξηγείται από την κλασική θεωρία, αλλά έχει τη μορφή κύματος όπως εξηγείται από την κβαντική θεωρία που αναπτύχθηκε αργότερα. Προτείνεται ότι υπάρχει η κίνηση των ηλεκτρονίων σε πολλές μοριακές διεγέρσεις όπως το n στο pi* όπου οι αρχικές και τελικές καταστάσεις έχουν διαφορετικές κυματοσυναρτήσεις. Αυτό το θέμα αγγίζει την κυματική πτυχή του τροχιακού όπου η ενέργεια έχει τη μορφή κβάντα.

Η πρώτη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου

Η πρώτη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου σε ένα άτομο μπορεί να εξηγηθεί ως όταν τα ηλεκτρόνια στη θεμελιώδη κατάσταση λαμβάνουν αρκετή ενέργεια για να μεταπηδήσουν στο επόμενο τροχιακό. Για παράδειγμα 

Στο άτομο Η, τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν κελύφη που συμβολίζονται ως n. Η θεμελιώδης κατάσταση τότε είναι n=1 και πάνω από αυτήν είναι η πρώτη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου n=2.

Η διαφορά ενέργειας δίνεται από 

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

Άρα η διαφορά ενέργειας της πρώτης διεγερμένης κατάστασης του ηλεκτρονίου μπορεί να είναι E2-E1 = 10.2eV

Υπολογισμός πρώτης διεγερμένης κατάστασης ηλεκτρονίου

Ο υπολογισμός ενέργειας της διεγερμένης κατάστασης του ηλεκτρονίου γίνεται συνήθως για άτομα που μοιάζουν με υδρογόνο και έχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο. Η ενέργεια του nου επιπέδου μπορεί να υπολογιστεί ως 

Εν = -Ζ2 x 13.6eV/ n2 όπου Z είναι ο ατομικός αριθμός του ατόμου.

Η παρουσία 1 ηλεκτρονίου σημαίνει ότι η ηλεκτρονική διαμόρφωση θα είναι 1s1

Άρα, Ε1 = -Ζ2 x 13.6eV/12

Ως εκ τούτου, η πρώτη διεγερμένη κατάσταση του επιπέδου ενέργειας των ηλεκτρονίων θα είναι 1s02s1.

Επίπεδο της πρώτης διεγερμένης κατάστασης του ηλεκτρονίου

Το επίπεδο της πρώτης διεγερμένης κατάστασης του ηλεκτρονίου μπορεί να κριθεί με τη βοήθεια των ενεργειακών επιπέδων που προτείνει ο Neil Bohr στο μοντέλο του ατόμου υδρογόνου. Τα επίπεδα ενέργειας συμβολίζονται με n όπου n=1 θεωρείται η θεμελιώδης κατάσταση και n = 2 είναι η πρώτη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου. Τόνισε επίσης το γεγονός ότι κάθε ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο μπορεί να επιτύχει τη μέγιστη ενέργειά του και μπορεί ακόμα να είναι μέρος του ατόμου.

Εγκυρότητα διεγερμένης κατάστασης ηλεκτρονίου

Η επικύρωση της διεγερμένης κατάστασης του ηλεκτρονίου γίνεται χρησιμοποιώντας συναρτησιακή θεωρία πυκνότητας (DFT) χρησιμοποιώντας είτε ένα πραγματικό διαστημικό πλέγμα είτε ένα σετ βάσης επίπεδων κυμάτων. Αυτή η έννοια είναι αρκετά περίπλοκη και θεωρείται στην κατηγορία της έρευνας.

Συμπέρασμα

Για να συνοψίσουμε τη διεγερμένη κατάσταση του ηλεκτρονίου είναι μια κατάσταση όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταπηδά από τη θεμελιώδη του κατάσταση σε μια υψηλότερη διεγερμένη κατάσταση όταν παρέχεται με ενέργεια μεγαλύτερη από την ενέργεια κατωφλίου με τη μορφή πακέτων φωτός ή θερμότητας. Αυτή η μεταβατική κατάσταση είναι βραχύβια και η παρόμοια ποσότητα ενέργειας εκπέμπεται κατά την αντιστροφή όταν το άτομο πέφτει από τη διεγερμένη κατάσταση στη βασική κατάσταση. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί διάφορα φάσματα με βάση το εμπλεκόμενο στοιχείο.