Что такое возбужденное состояние атома

Видео: ХИМИЯ Досрочный ЕГЭ 2016 ЗАДАНИЕ 1 Электронная конфигурация Основное и возбужденное состояние

В 1905 году Дж. Томсон предложил первую модель строения атома, согласно которой он представляет собой положительно заряженный шар, внутри которого располагаются частицы с отрицательным зарядом – электроны. Электрическая нейтральность атома объяснялась равенством зарядов шара и всех его электронов.

Видео: The excited state Возбужденное состояние

На смену данной теории в 1911 году пришла планетарная модель, созданная Резерфордом: в центре ядро-звезда, составляющая основную массу всего атома, по орбитам вокруг нее вращаются электроны-планеты. Однако в дальнейшем результаты опытов поставили под сомнение правильность данной модели. К примеру, из формул Резерфорда следовало, что скорости движения электронов и их радиусы могут непрерывно изменяться. В таком случае наблюдалось бы непрерывное излучение по всему спектру. Однако результаты опытов указывают на линейчатые спектры атомов. Также есть некоторые другие противоречия. Впоследствии Н. Бор предложил квантовую модель строения атома. Необходимо отметить основное и возбужденное состояние атома. Эта характеристика позволяет, в частности, объяснить валентность элемента.

Возбужденное состояние атома представляет собой промежуточную ступень между состоянием с нулевым уровнем энергии и превышающим его. Крайне неустойчиво, поэтому очень скоротечно - продолжительность составляет миллионные доли секунды. Возбужденное состояние атома наступает при сообщении ему дополнительной энергии. К примеру, ее источником могут быть воздействующие температура и электромагнитные поля.

Видео: Лазеры 1982

В упрощенном виде классическая теория строения атома утверждает, что вокруг ядра на определенных расстояниях по круговым орбитам вращаются отрицательно заряженные неделимые частицы – электроны. Каждая орбита представляет собой не линию, как может показаться, а энергетическое "облако" с несколькими электронами. Дополнительно каждый электрон обладает своим собственным спином (вращается вокруг своей оси). Радиус орбиты любого электрона зависит от его энергетического уровня, поэтому при отсутствии внешнего воздействия внутренняя структура достаточно устойчива. Ее нарушение - возбужденное состояние атома -наступает при сообщении внешней энергии. Вследствие этого на последних орбитах, где сила взаимодействия с ядром мала, парные спины электронов распариваются и, как следствие, происходит их переход в незанятые ячейки. Другими словами, в соответствии с законом сохранения энергии переход электрона на более высокие энергетические уровни сопровождается поглощением квантов.

Рассмотрим возбужденное состояние атома на примере атома мышьяка (As). Его валентность равняется трем. Что интересно, данное значение верно лишь для случая, когда элемент находится в свободном состоянии. Так как валентность определяется количеством неспаренных спинов, то при получении атомом внешней энергии на участке последней орбиты наблюдается распаривание с переходом частицы в свободную ячейку. В результате изменяется орбита. Так как энергетические подуровни просто меняются местами, то переход обратно (рекомбинация), в основное состояние атома, сопровождается выделением эквивалента поглощенной энергии в виде квантов. Возвращаясь к примеру с мышьяком: из-за изменения количества неспаренных спинов в возбужденном состоянии валентность элемента соответствует пяти.

Видео: §3, 10 кл. Строение атома углерода

Схематично все вышесказанное выглядит следующим образом: при получении извне атомом порции энергии внешние электроны смещаются на большее расстояние от ядра (радиус орбит увеличивается). Однако так как протон в ядре остается, то общее значение внутренней энергии атома становится больше. При отсутствии непрерывного поступления внешней энергии электрон очень быстро возвращается на свою прежнюю орбиту. При этом излишек его энергии выделяется в виде электромагнитного излучения.