Используйте наш калькулятор конфигурации возбуждённого состояния для быстрых и точных вычислений. Бесплатный онлайн-инструмент.
Возбуждённое состояние атома возникает, когда электрон поглощает фотон с энергией, точно равной разности энергий двух квантовых уровней: ΔE = hν, где h — постоянная Планка, а ν — частота фотона. Этот процесс строго квантован: поглощаются только фотоны с точно подходящей энергией, что и обусловливает дискретный характер линий поглощения. Возбуждённое состояние нестабильно, и атом самопроизвольно возвращается в основное состояние за время порядка наносекунд.
При возвращении электрона из возбуждённого состояния в основное испускается фотон с энергией, равной разности уровней. Совокупность испускаемых фотонов образует эмиссионный спектр, уникальный для каждого элемента. Серия Бальмера для водорода — наиболее известный пример: видимые линии красного, голубого и фиолетового цвета возникают при переходах электронов на второй уровень (n=2) с более высоких уровней. Именно эмиссионные спектры позволили астрономам определять химический состав звёзд.
Возбуждённые состояния находят широкое практическое применение. Принцип работы лазеров (усиление света посредством вынужденного испускания) основан на создании инверсии населённостей — состояния, при котором больше атомов находится в возбуждённом, чем в основном состоянии. Флуоресцентные микроскопы используют это явление для визуализации биологических структур с нанометровым разрешением. Атомно-абсорбционная спектроскопия, применяемая в аналитической химии, также строится на контролируемом возбуждении атомов и анализе испускаемого излучения.
Electron configuration, orbital diagrams, valence electrons, and electron arrangement
Explore CategoryВ основном состоянии все электроны занимают орбитали с наименьшей возможной энергией. В возбуждённом состоянии хотя бы один электрон поглотил фотон и перешёл на более высокий энергетический уровень, что делает систему нестабильной и недолговечной.
Атом переходит в возбуждённое состояние, поглощая фотон с энергией, точно совпадающей с разностью двух квантовых уровней (ΔE = hν). Фотоны с иными энергиями не поглощаются.
Большинство возбуждённых состояний крайне недолговечны: время жизни составляет порядка 10⁻⁹–10⁻⁸ с (наносекунды). Метастабильные состояния могут сохраняться значительно дольше и используются в лазерных технологиях.
При переходе электрона с возбуждённого уровня на нижний испускается фотон с частотой ν = ΔE/h. Совокупность таких фотонов образует характеристический линейчатый эмиссионный спектр, уникальный для каждого элемента.
Лазеры, светодиоды, флуоресцентные лампы, атомно-абсорбционная спектроскопия, огни фейерверков и солнечные батареи — все эти технологии используют контролируемые электронные переходы между возбуждёнными и основными состояниями атомов или молекул.