Здравствуйте, уважаемые читатели! Сегодняшний материал посвящен важнейшему понятию в химии и физике - возбуждению атома. Понимание того, как атомы поглощают и испускают энергию, является ключом к изучению и природы химических связей.
Основное состояние
Прежде чем говорить о возбуждении, необходимо определить основное состояние атома.
Основное состояние - это наиболее стабильное электронное состояние атома, в котором все его электроны располагаются на самых низких возможных энергетических уровнях.
Например, электрон в атоме водорода находится в основном состоянии, когда занимает энергетический уровень n=1.
Процесс возбуждения
Для перевода атома из основного состояния в возбужденное состояние атом должен поглотить энергию.
Поглощенная энергия (порция, или квант) вызывает переход электрона на более высокий энергетический уровень. В результате поглощения энергии электрон перемещается дальше от ядра.
Возбужденное состояние - это любое электронное состояние атома, когда энергия была поглощена атомом в основном состоянии, и один или несколько электронов перешли на более высокий энергетический уровень, то есть на уровень с большим запасом энергии.
Релаксация (испускание энергии)
Электрон не может оставаться в возбужденном состоянии постоянно. Возбужденное состояние является нестабильным, и рано или поздно электрон спонтанно возвращается на более низкий энергетический уровень - этот процесс называется релаксацией.
При этом атом испускает избыток энергии в виде фотона света. Энергия этого фотона в точности равна разнице энергий между уровнями, между которыми произошел переход согласно формуле Планка.
Именно этот процесс лежит в основе явления атомных спектров: наблюдаемые в спектрах света линии соответствуют тем специфическим квантам энергии, которые высвобождаются, когда электроны возвращаются в основное состояние. Энергия для возбуждения атомов может быть получена, например, при помощи электрического разряда или нагревания в пламени.
Значение возбужденного состояния в химии
В химии, особенно органической, понятие возбуждения критически важно для объяснения валентности и реакционной способности.
Возбуждение атома углерода
Классический пример - атом углерода, который находится во втором периоде и в IV группе.
1. Основное состояние: электронная конфигурация атома углерода в невозбужденном состоянии - 1s^2 2s^2 2p^2.
2. Необходимость возбуждения: поскольку в основном состоянии атом углерода имеет только два неспаренных электрона (2p^2), для того чтобы он мог образовать четыре ковалентные связи, он должен перейти в возбужденное состояние (C*).
3. Механизм: возбуждение сопровождается переходом одного электрона с 2s-орбитали на свободную 2p-орбиталь, что приводит к конфигурации 1s^2 2s^1 2p^3.
Фотовозбуждение и разрыв связей
Поглощение электромагнитного излучения также может приводить к химическим реакциям.
Если молекула поглощает ультрафиолетовый (УФ) или видимый свет, она переходит в возбужденное электронное состояние.
Если при этом электрон переходит со связывающей молекулярной орбитали на антисвязывающую молекулярную орбиталь, это приводит к ослаблению и последующему разрыву химической связи.
Изучение возбужденных состояний позволяет не только объяснять валентность элементов, но и понимать механизмы протекания фотохимических и цепных радикальных реакций.
Стань покорителем химии вместе с нами!
В этой статье мы узнали про возбуждение атома. Для сдачи ЕГЭ на высокие баллы необходимо научиться применять знания на заданиях формата экзамена. В онлайн школе Lomonosov.school вы сможете не только наработать свои знания для сдачи ЕГЭ, но и научитесь применять их для решения заданий.
