Trạng thái kích thích thứ nhất là gì

Trạng thái cơ bản vs Trạng thái phấn khích

Trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích là hai trạng thái của các nguyên tử được thảo luận dưới cấu trúc nguyên tử. Các khái niệm về trạng thái cơ bản và trạng thái thoát được sử dụng trong các lĩnh vực như thiên văn học, cơ học lượng tử, phân tích hóa học, quang phổ và thậm chí là khoa học y tế. Điều quan trọng là phải có một sự hiểu biết rõ ràng về trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích là gì để vượt trội trong các lĩnh vực như vậy. Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về trạng thái kích thích và trạng thái cơ bản là gì, sự tương đồng của chúng, ứng dụng của trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích và cuối cùng là sự khác biệt giữa trạng thái kích thích và trạng thái mặt đất.

Nhà nước mặt đất

Để hiểu trạng thái cơ bản, trước tiên người ta phải có sự hiểu biết về cấu trúc nguyên tử. Đơn giản nhất của các nguyên tử là nguyên tử hydro. Nó bao gồm một proton duy nhất là hạt nhân và một electron quay quanh hạt nhân. Mô hình cổ điển của nguyên tử là hạt nhân và các electron quay quanh nó theo các đường tròn. Mô hình cổ điển hoàn chỉnh đủ để mô tả trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích của các nguyên tử, nhưng một số khái niệm về cơ học lượng tử là bắt buộc. Trạng thái cơ bản của một hệ cơ học lượng tử được gọi là trạng thái cơ bản của hệ thống. Hàm sóng của sóng lượng tử một chiều bằng một nửa chiều dài của sóng hình sin. Một hệ thống được cho là đã đạt được trạng thái cơ bản khi hệ thống ở mức 0 tuyệt đối.

Trạng thái phấn khích

Trạng thái kích thích của một nguyên tử hoặc bất kỳ hệ thống nào khác cũng dựa trên cấu trúc của hệ thống. Chúng ta hãy nhìn sâu hơn vào cấu trúc nguyên tử để hiểu điều này. Nguyên tử bao gồm hạt nhân và các electron quay quanh nó. Khoảng cách từ hạt nhân phụ thuộc vào tốc độ góc của electron. Vận tốc góc phụ thuộc vào năng lượng của electron. Việc giải thích cơ học lượng tử của hệ thống này nói rằng electron không thể lấy bất kỳ giá trị nào làm năng lượng. Lượng năng lượng mà electron có thể có là rời rạc. Do đó, electron không thể ở bất kỳ khoảng cách nào từ hạt nhân. Hàm khoảng cách, mà electron ở, cũng rời rạc. Khi một electron được cung cấp năng lượng, để năng lượng của photon chính xác là khoảng cách năng lượng giữa năng lượng hiện tại của hệ thống và năng lượng cao hơn mà hệ thống có thể thu được, electron sẽ hấp thụ photon. Điện tử này sẽ đi đến trạng thái năng lượng cao hơn. Bất kỳ mức năng lượng nào cao hơn năng lượng trạng thái cơ bản được gọi là mức kích thích. Các electron quay quanh các mức như vậy được gọi là các electron bị kích thích. Như đã đề cập ở trên, trạng thái kích thích của electron không thể lấy bất kỳ giá trị tùy ý nào. Nó chỉ có thể lấy các giá trị cơ học lượng tử nhất định.

Sự khác biệt giữa trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích?

• Trạng thái cơ bản là trạng thái năng lượng thấp nhất của một hệ thống trong khi trạng thái kích thích là bất kỳ trạng thái năng lượng nào cao hơn trạng thái cơ bản.

• Chỉ có một năng lượng trạng thái cơ bản cho một hệ thống, nhưng có thể có nhiều trạng thái kích thích có thể có trên mỗi hệ thống.

	Tác giả	Chủ đề: Trạng Thái Dừng Thứ Nhất Của Nguyên Tử Hidro (Đọc 7040 lần)
0 Thành viên và 1 Khách đang xem chủ đề.

+ Trạng thái kích thích thứ nhất ứng với n = 2.

CÂU HỎI HOT CÙNG CHỦ ĐỀ

Trong cơ học lượng tử, trạng thái kích thích của một hệ thống (chẳng hạn như một nguyên tử, phân tử hoặc hạt nhân) là bất kỳ trạng thái lượng tử của hệ thống mà nó có năng lượng cao hơn so với trạng thái cơ bản, có nghĩa là năng lượng của hệ nhiều hơn mức tối thiểu tuyệt đối. Thuật ngữ được sử dụng chủ yếu trong hệ thống mà các trạng thái xác định chỉ có thể mang trị số năng lượng rời rạc trong mô tả của cơ học lượng tử.

Các mức năng lượng của electron trong nguyên tử: trạng thái cơ bản (ground state) và các trạng thái kích thích (excited states). Sau khi hấp thụ năng lượng, một electron có thể nhảy từ trạng thái cơ bản lên một trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn.

Kích thích là sự nâng cao mức năng lượng so với một trạng thái năng lượng cơ bản tùy ý. Trong vật lý có một định nghĩa kỹ thuật cụ thể cho mức năng lượng mà thường được gắn với một nguyên tử được nâng lên trạng thái kích thích [1].

Biểu diễn trạng thái và mức năng lượng của electron duy nhất của nguyên tử hydro (hoặc tương đương là kim loại kiềm), và các nhóm chuyển dời (chỉ số m) từ trạng thái kích thích cao hơn về trạng thái kích thích thấp hơn hoặc về trạng thái cơ bản.

Biểu diễn dạng tròn trạng thái nguyên tử hydro và nhóm các chuyển dời, và bước sóng photon phát ra. Năng lượng được biểu diễn không tỷ lệ.

Thời gian sống của hệ thống trong trạng thái kích thích thường là rất ngắn, sự phát xạ tự phát hoặc phát xạ kích thích ra một lượng tử năng lượng (chẳng hạn một photon hoặc một phonon) thường xảy ra ngay sau khi hệ thống được chuyển lên trạng thái kích thích, trở về hệ thống về trạng thái với năng lượng thấp hơn, là trạng thái ít bị kích thích hoặc trạng thái cơ bản. Sự trở về mức năng lượng thấp hơn thường được mô tả một cách lỏng lẻo là phân rã, và là nghịch đảo của kích thích [2].

Trạng thái kích thích có thời gian sống dài thường được gọi là siêu bền (metastable). Các đồng phân hạt nhân (isomer) có thời gian sống dài, và singlet oxygen là hai ví dụ về điều này.

Ví dụ đơn giản về kích thích nguyên tử là xem xét nguyên tử hydro, có một điện tử ở lớp ngoài cùng. Mô hình tương tự là nguyên tử các kim loại kiềm, khi xem xét điện tử ở lớp ngoài cùng trong trường tổng của hạt nhân và các điện tử ở lớp trong.

Trạng thái cơ bản của nguyên tử hydro tương ứng với electron duy nhất ở quỹ đạo khả dĩ thấp nhất, là "1s" mà hàm sóng cầu đối xứng có các số lượng tử khả dĩ thấp nhất. Bằng cách đưa thêm năng lượng vào nguyên tử, ví dụ bằng việc hấp thụ một photon có năng lượng thích hợp, hoặc một va chạm với hạt khác, các electron có thể chuyển dời lên một trong các trạng thái kích thích (có một hoặc nhiều hơn số lượng tử lớn hơn mức khả dĩ tối thiểu). Nếu photon có quá nhiều năng lượng, electron sẽ thoát khỏi nguyên tử và nguyên tử sẽ trở thành ion hóa.

Sau khi kích thích các nguyên tử có thể trở về trạng thái cơ bản hoặc trạng thái kích thích thấp hơn nếu có, bằng cách phát ra một photon có năng lượng đặc trưng. Phát xạ photon từ các nguyên tử ở trạng thái kích thích khác nhau dẫn đến một quang phổ điện từ hiện ra một loạt các vạch phát xạ đặc trưng, như trong trường hợp nguyên tử hydro, là các dãy Lyman, Balmer, Paschen và Brackett.

Một nguyên tử ở trạng thái kích thích cao được gọi là nguyên tử Rydberg. Một hệ thống các nguyên tử bị kích thích cao có thể tạo thành một trạng thái kích thích cô đặc với thời gian sống dài (long-lived), ví dụ một pha đặc gồm hoàn toàn bằng nguyên tử kích thích, gọi là vật chất Rydberg (Rydberg matter).

Kích thích hydro có thể thực hiện bằng nhiệt hoặc điện.

Tập hợp các phân tử tạo thành một khối khí có thể được xem xét là trong trạng thái kích thích, nếu một hoặc nhiều phân tử được nâng lên mức năng lượng động học, sao cho phân bố vận tốc hợp thành khác biệt (depart) với phân bố Boltzmann cân bằng. Hiện tượng này đã được nghiên cứu trong trường hợp một chất khí hai chiều trong một số chi tiết, phân tích thời gian cần cho xê dịch về cân bằng.

Tính toán các trạng thái kích thích thường được thực hiện bằng thuật Mảnh cụm ghép (Coupled cluster), lý thuyết nhiễu loạn Møller-Plesset (Møller–Plesset perturbation), trường tự đặc đa hình (Multi-configurational self-consistent field), Cấu hình tương tác (Configuration interaction) [3], và lý thuyết chức năng mật độ phụ thuộc thời gian (Time-dependent density functional theory). Những tính toán này khó khăn hơn nhiều so với tính trạng thái không kích thích [1][4][5][6][7].

^ a b Foresman, James B.; Head-Gordon, Martin; Pople, John A.; Frisch, Michael J. (1992). “Toward a systematic molecular orbital theory for excited states”. The Journal of Physical Chemistry. 96: 135. doi:10.1021/j100180a030.
^ Jörn Bleck-Neuhaus: Elementare Teilchen. Moderne Physik von den Atomen bis zum Standard-Modell (Kap. 6). Springer, Heidelberg 2010, ISBN 978-3-540-85299-5.
^ Hehre, Warren J. (2003). A Guide to Molecular Mechanics and Quantum Chemical Calculations (PDF). Irvine, California: Wavefunction, Inc. ISBN 1-890661-06-6.
^ Glaesemann, Kurt R.; Govind, Niranjan; Krishnamoorthy, Sriram; Kowalski, Karol (2010). “EOMCC, MRPT, and TDDFT Studies of Charge Transfer Processes in Mixed-Valence Compounds: Application to the Spiro Molecule”. The Journal of Physical Chemistry A. 114 (33): 8764–8771. doi:10.1021/jp101761d. PMID 20540550.
^ Dreuw, Andreas; Head-Gordon, Martin (2005). “Single-Reference ab Initio Methods for the Calculation of Excited States of Large Molecules”. Chemical Reviews. 105 (11): 4009–37. doi:10.1021/cr0505627. PMID 16277369.
^ Knowles, Peter J.; Werner, Hans-Joachim (1992). “Internally contracted multiconfiguration-reference configuration interaction calculations for excited states”. Theoretica Chimica Acta. 84: 95. doi:10.1007/BF01117405.
^ Glaesemann, Kurt R.; Gordon, Mark S.; Nakano, Haruyuki (1999). “A study of FeCO+ with correlated wavefunctions”. Physical Chemistry Chemical Physics. 1 (6): 967–975. Bibcode:1999PCCP....1..967G. doi:10.1039/a808518h.

Feynman, Richard; Leighton, Robert; Sands, Matthew (1965). “see section 2-5 for energy levels, 19 for the hydrogen atom”. The Feynman Lectures on Physics. 3.