Lo stato eccitato dell'elettrone è responsabile di molte proprietà da esso esibite. È la base della chimica atomica e della formazione delle molecole. Questo articolo illustra fatti interessanti relativi alla fase di eccitazione degli elettroni.
Lo stato eccitato dell'elettrone può essere definito come il movimento temporaneo di un elettrone dal suo stato fondamentale a uno stato eccitato per la fornitura di energia extra. Questo stato eccitato dell'elettrone può essere ottenuto mediante trasferimento di energia sotto forma di collisione tra molecole, assorbimento di un fotone, pacchetto o luce.
Per comprendere lo stato eccitato dell'elettrone è obbligatorio cercare la struttura energetica di un atomo. Un atomo comprende 3 entità vale a dire neutroni, protoni ed elettroni. Il nucleo è costituito da protoni e neutroni che sono circondati da elettroni in gusci ben definiti noti come livelli di energia che hanno energie variabili. Questa è la descrizione dello stato fondamentale di un atomo in cui gli elettroni sono nello stato di energia più bassa.
Ogni orbitale ha parametri energetici specifici. Affinché un elettrone sia eccitato, deve spostarsi dal suo livello di energia stabile più basso al livello di energia instabile più alto. Questo può essere possibile solo se l'elettrone supera la differenza di energia tra entrambi gli orbitali. Questo può essere possibile solo se un fotone di quella capacità di energia viene assorbito dall'elettrone. Il soddisfacimento di questo fabbisogno energetico porta alla condizione ideale per lo stato eccitato dell'elettrone. Ma questo stato eccitato dell'elettrone è transitorio ed entro pochi millisecondi gli elettroni ritornano al loro stato fondamentale dallo stato eccitato con l'emissione del fotone.
Oltre allo stato eccitato dell'elettrone, esiste anche la possibilità che l'elettrone raggiunga la massima energia laddove l'attrazione nucleare o l'energia nucleare non hanno alcun ruolo da svolgere. Quell'elettrone nello stato eccitato è l'elettrone ionizzato. Ci sono molti fatti associati allo stato eccitato dell'elettrone di cui parleremo più avanti:
- Configurazione elettronica dello stato eccitato dell'elettrone
- Quando è lo stato eccitato dell'elettrone?
- Come si forma lo stato eccitato dell'elettrone?
- Ruolo della configurazione elettronica nella determinazione dello stato eccitato dell'elettrone
- Formula della configurazione elettronica durante lo stato eccitato dell'elettrone
- Il tempo dell'elettrone di stato eccitato
- Cambiamenti nell'elettrone durante lo stato eccitato dell'elettrone
- Il primo stato eccitato dell'elettrone
- Calcolo del primo stato eccitato dell'elettrone
- Livello del primo elettrone dello stato eccitato
- Validità dello stato eccitato dell'elettrone
Configurazione elettronica dell'elettrone di stato eccitato
La configurazione elettronica è la disposizione degli elettroni nei livelli di energia secondo la stabilità. Di solito, la configurazione elettronica di ogni elemento rappresentato nella tavola periodica è nel suo stato fondamentale. Durante il legame degli elementi per formare vari composti, c'è condivisione, guadagno e perdita di elettroni che porta a uno stato eccitato di formazione di elettroni.
Gli elettroni di stato eccitati sono formati dall'immissione di energia e sono sempre in una disposizione più elevata. È dimostrato con l'aiuto di un esempio. Ad esempio, consideriamo l'ossigeno avente un numero atomico = 8. La sua configurazione elettronica nello stato fondamentale o nella forma di energia più stabile più bassa è 1s22s22p4. Se l'ossigeno deve essere eccitato, può occupare un numero infinito di orbitali, ma di solito occupano l'orbitale successivo. Quindi, nello stato eccitato, la configurazione elettronica dell'ossigeno sarà 1s22s22p33s1
Quando è lo stato eccitato dell'elettrone?
Lo stato eccitato dell'elettrone si verifica perché gli elettroni di valenza o gli elettroni più esterni non rimangono sempre nei rispettivi gusci. A causa dell'assorbimento di calore, luce o quanti, saltano a un livello di energia più alto che è lontano dal nucleo. Ma questo fenomeno non è permanente. L'elettrone eccitato torna alla sua posizione originale perdendo energia chiamandolo così il processo di emissione.
Come si forma lo stato eccitato dell'elettrone?
Il processo di formazione dello stato eccitato dell'elettrone è simile a quello spiegato sopra. Implica l'assorbimento e l'emissione di energia che porta all'eccitazione e quindi al recupero degli elettroni al loro stato fondamentale. L'energia minima richiesta per il movimento dell'elettrone è l'energia di soglia. È la differenza tra lo stato fondamentale e lo stato eccitato. Questa procedura completa avviene in una lunghezza d'onda confinata che a sua volta emette radiazioni colorate formando così spettri.
Ad esempio, il rame metallico quando viene riscaldato in una fiamma calda, il colore della fiamma è verde brillante. Ciò è giustificato dallo stato eccitato dell'elettrone seguito dall'emissione.
Ruolo della configurazione elettronica nella determinazione dello stato eccitato dell'elettrone
La configurazione elettronica è influenzata dallo stato eccitato dell'elettrone. La configurazione elettronica di un atomo in cui c'è eccitazione mostra il movimento degli elettroni di valenza all'orbitale successivo più alto.
Ad esempio, il sodio metallico è un metallo che ha il numero atomico 11. La sua configurazione elettronica dello stato fondamentale è 1s22s22p63s1. Durante l'eccitazione, l'elettrone presente nel sottolivello 3s verrà promosso al sottolivello 3p. Quindi la configurazione elettronica dello stato eccitato sarà 1s22s22p63p1. Ma questa è una condizione molto instabile e lo stato eccitato dell'elettrone non durerà a lungo prima di tornare alla sua configurazione elettronica originale.
L'intera procedura di eccitazione e ritorno al suo stato originale provoca il rilascio di una caratteristica fiamma gialla nel caso del sodio metallico.
Formula della configurazione elettronica durante lo stato eccitato dell'elettrone
Non ci sono formule o regole ferree per determinare la configurazione elettronica dello stato eccitato dell'elettrone. L'unica cosa importante da sapere è come scrivere la configurazione elettronica degli elementi con una corretta distribuzione dell'energia. Lo stato eccitato dell'elettrone può quindi essere raggiunto facendo saltare l'elettrone al livello di energia superiore adiacente che è di breve durata.
Il tempo dell'elettrone di stato eccitato
Lo stato eccitato degli elettroni è un periodo di brevissima durata a causa dell'instabilità nella distribuzione dell'energia. Nella maggior parte degli atomi, il tempo medio prima del processo di emissione è 10-9 a 10-8 secondi. L'unico stato eccitato che può rimanere a lungo è lo stato metastabile. Sebbene il tempo sia inferiore allo stato fondamentale, è molto più dell'altro stato eccitato dell'elettrone. Il tempo considerevole nello stato metastabile è 10-6 a 10-3.
Cambiamenti nell'elettrone durante lo stato eccitato dell'elettrone
Il concetto di cosa succede agli elettroni quando sono eccitati è molto complesso e ha teorie e nozioni diverse. Molti scienziati e ricercatori ritengono che gli elettroni stessi non si spostino da un guscio all'altro, ma molti di loro non sono d'accordo
Lavorano su questa nozione che un atomo non è un oggetto come spiegato dalla teoria classica ma è sotto forma di un'onda come spiegato dalla teoria quantistica sviluppata successivamente. Si propone che vi sia il movimento degli elettroni in molte eccitazioni molecolari come da n a pi* dove gli stati iniziali e finali hanno funzioni d'onda diverse. Questo argomento tocca l'aspetto ondulatorio dell'orbitale in cui l'energia è sotto forma di quanti.
Il primo stato eccitato dell'elettrone
Il primo stato eccitato dell'elettrone in un atomo può essere spiegato come quando gli elettroni nello stato fondamentale ottengono energia sufficiente per saltare all'orbitale successivo. Per esempio
Nell'atomo H, gli elettroni occupano gusci indicati come n. Lo stato fondamentale quindi è n=1 e al di sopra è il primo stato eccitato dell'elettrone n=2.
La differenza di energia è data da
En = -13.6eV/n^2 dove n = 1, 2, 3, 4….
Quindi la differenza di energia del primo stato eccitato dell'elettrone può essere E2-E1 = 10.2eV
Calcolo del primo stato eccitato dell'elettrone
Il calcolo dell'energia dello stato eccitato dell'elettrone viene solitamente eseguito per atomi simili all'idrogeno che hanno un solo elettrone. L'energia dell'ennesimo livello può essere calcolata come
It = -Z2 x 13.6eV/ n2 dove Z è il numero atomico dell'atomo.
La presenza di 1 elettrone significa che la configurazione elettronica sarà 1s1
Quindi, E1 = -Z2 x 13.6eV/12
Quindi il primo stato eccitato del livello di energia dell'elettrone sarà 1s02s1.
Livello del primo stato eccitato dell'elettrone
Il livello del primo stato eccitato dell'elettrone può essere giudicato con l'aiuto dei livelli di energia proposti da Neil Bohr nel suo modello dell'atomo di idrogeno. I livelli di energia sono indicati da n dove n=1 è considerato lo stato fondamentale e n = 2 è il primo stato eccitato dell'elettrone. Ha anche sottolineato il fatto che ogni elettrone in un atomo può raggiungere la sua massima energia e può ancora far parte dell'atomo.
Validità dello stato eccitato dell'elettrone
La convalida dello stato eccitato dell'elettrone viene eseguita utilizzando teoria del funzionale della densità (DFT) utilizzando una griglia spaziale reale o un insieme di basi di onde piane. Questo concetto è piuttosto complesso ed è considerato nella categoria di ricerca.
Conclusione
Per riassumere, lo stato eccitato dell'elettrone è una condizione in cui un elettrone salta dal suo stato fondamentale a uno stato eccitato più elevato quando è dotato di energia superiore all'energia di soglia sotto forma di pacchetti di luce o calore. Questo stato transitorio è di breve durata e la stessa quantità di energia viene emessa all'inversione quando l'atomo scende dallo stato eccitato allo stato fondamentale. Questo processo genera vari spettri sulla base dell'elemento coinvolto.
Ciao, sono Mansi Sharma, ho completato il mio master in Chimica. Personalmente credo che l'apprendimento sia più entusiasmante quando appreso con creatività. Sono un esperto in materia di chimica.
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