PROFILPELAJAR.COM

Побуђеност представља повећање у енергетском нивоу изнад одређеног енергетског стања које се означава као основно. У физици постоји специфична дефиниција за енергетски ниво која се односи на атом који се налази у побуђеном стању.

У квантној механици, побуђено стање система, као што је атом, молекул или атомско језгро, је било које квантно стање које има већу енергију од основног стања, односно, већу енергију од апсолутног минимума. Температура групе честица је одраз степена побуђености система, осим код система који имају негативну температуру.^[1]^[2]^[3]

Време живота система у побуђеном стању је обично веома кратко: спонтана или индукована емисија кванта енергије (фотона или фонона) се обично догађа након што се систем "попне" у побуђено стање. Након овога се систем враћа у стање ниже енергије: у побуђено стање нижег нивоа или у основно стање. Овај повратак у стање ниже енергије представља обрнут процес побуђивању.

Дугоживећа побуђена стања се често називају метастабилним.^[4]^[5] Дугоживећи нуклеарни изомери и синглетни кисеоник су два примера код којих се јављају оваква стања.

Атомско побуђивање

Једноставан пример овог концепта представља атом водоника.

У основном стању, једини електрон у атому водоника је у најнижој могућој орбитали, односно у сферно-симетричној 1s таласној функцији, која има најниже могуће квантне бројеве. Додајући енергију атому (на пример, апсорпцијом фотона довољне енергије), електрон може да пређе у побуђено стање (које има веће квантне бројеве од минималних). Ако фотон има превише енергије, електрон ће престати да буде везан за атом, и атом ће постати јонизован.

Након побуђивања, атом се може вратити у основно стање или у ниже побуђено стање, емисијом фотона одређене енергије. Емисијом фотона из различитих побуђених стања настаје електромагнетни спектар који показује серију емисионих линија. У случају атома водоника, то су Лајманова, Балмерова, Пашенова, и Бракетова серија.^[6]^[7]^[8]

Атом у високом побуђеном стању се назива Ридбергов атом. Систем који се састоји од оваквих атома може да формира дугоживеће кондензовано побуђено стање, односно кондензовану фазу која се у потпуности састоји од побуђених атома; ова фаза се назива Ридбергова материја.

Водоник се може побуђивати топлотом или електрицитетом.

Побуђивање пертурбованог гаса

За скуп молекула који формира гас се може сматрати да се налази у побуђеном стању ако један или више молекула имају повишену кинетичку енергију тако да резултујућа расподела брзина одступа од Болцманове расподеле. Овај феномен је посматран над случајем дводимензионих гасова, при чему је анализирано време потребно за релаксацију до равнотеже.

Израчунавање побуђених стања

Побуђена стања се израчунавају применом спрегнутих група (енгл. coupled cluster), Молер-Плесетове пертурбационе теорије (енгл. Møller–Plesset perturbation theory), и временски-зависном теоријом функционала густине (енгл. Time-dependent density functional theory - T-DFT). Ови прорачуни су знатно сложенији од прорачуна за непобуђена стања.^[9]^[10]^[11]^[12]^[13]

Апсорпција побуђеног стања

Побуђивање система (атома или молекула) из нискоенергетског побуђеног стања до високоенергетског побуђеног стања уз апсорпцију фотона се назива побуђено апсорпционо стање (ESA). Апсорпција побуђеног стања је могућа само када је електрон већ побуђен из основног стања у ниже побуђено стање. Апсорпција побуђеног стања обично је нежељени ефекат.^[14] Мерења апсорпције побуђеног стања се врши користећи пробне технике пумпи. Међутим, није их лако мерити путем поређења са апсорпцијом основног стања, и у неким случајевима потребно је потпуно избељивање основног стања како би се измерила апсорпција побуђеног стања.^[15]

Реакције

Последица побуђености је и другачије понашање атома у хемијској реакцији, чиме се бави фотохемија.^[16]^[17]^[18] Побуђена стања помажу ток реакције.

Види још

Референце

^ Onsager, L. (1949). „Statistical Hydrodynamics”. Il Nuovo Cimento. 6 (2): 279—287. Bibcode:1949NCim....6S.279O. ISSN 1827-6121. S2CID 186224016. doi:10.1007/BF02780991.
^ Ramsey, Norman (1956-07-01). „Thermodynamics and Statistical Mechanics at Negative Absolute Temperatures”. Physical Review. 103 (1): 20—28. Bibcode:1956PhRv..103...20R. doi:10.1103/PhysRev.103.20.
^ Tremblay, André-Marie (1975-11-18). „Comment on: Negative Kelvin temperatures: some anomalies and a speculation” (PDF). American Journal of Physics. 44 (10): 994—995. Bibcode:1976AmJPh..44..994T. doi:10.1119/1.10248. Архивирано из оригинала (PDF) 03. 03. 2016. г. Приступљено 25. 06. 2023.
^ Hanaor, Dorian A. H.; Sorrell, Charles C. (2011-02-01). „Review of the anatase to rutile phase transformation”. Journal of Materials Science (на језику: енглески). 46 (4): 855—874. Bibcode:2011JMatS..46..855H. ISSN 1573-4803. S2CID 97190202. doi:10.1007/s10853-010-5113-0. Приступљено 2019-10-08.
^ van Setten; Uijttewaal; de Wijs; de Groot (2007). „Thermodynamic stability of boron: the role of defects and zero point motion” (PDF). Journal of the American Chemical Society. 129 (9): 2458—2465. PMID 17295480. S2CID 961904. doi:10.1021/ja0631246. Архивирано из оригинала (PDF) 15. 04. 2021. г. Приступљено 25. 06. 2023.
^ „The Hydrogen 21-cm Line”. Hyperphysics. Georgia State University. 2005-10-30. Приступљено 2009-03-18.
^ Liboff, Richard L. (2002). Introductory Quantum Mechanics. Addison-Wesley. ISBN 978-0-8053-8714-8.
^ Andrew, A. V. (2006). „2. Schrödinger equation”. Atomic spectroscopy. Introduction of theory to Hyperfine Structure (на језику: енглески). Springer. стр. 274. ISBN 978-0-387-25573-6.
^ 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. PMID 20540550. doi:10.1021/jp101761d.
^ 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. PMID 16277369. doi:10.1021/cr0505627.
^ Knowles, Peter J.; Werner, Hans-Joachim (1992). „Internally contracted multiconfiguration-reference configuration interaction calculations for excited states”. Theoretica Chimica Acta. 84 (1–2): 95—103. S2CID 96830841. doi:10.1007/BF01117405.
^ 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—149. doi:10.1021/j100180a030.
^ 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.
^ {url = https://www.rp-photonics.com/excited_state_absorption.html}
^ Dolan, Giora; Goldschmidt, Chmouel R (1976). „A new method for absolute absorption cross-section measurements: rhodamine-6G excited singlet-singlet absorption spectrum”. Chemical Physics Letters. 39 (2): 320—322. Bibcode:1976CPL....39..320D. doi:10.1016/0009-2614(76)80085-1.
^ P. Klán, J. Wirz Photochemistry of Organic Compounds: From Concepts to Practice. Wiley, Chichester. Klán, Petr; Wirz, Jakob (2009). Photochemistry of Organic Compounds: From Concepts to Practice. John Wiley & Sons. ISBN 978-1405190886.
^ N. J. Turro, V. Ramamurthy, J. C. Scaiano Modern Molecular Photochemistry of Organic Molecules Архивирано на сајту Wayback Machine (25. јул 2019). University Science Books, Sausalito. Turro, Nicholas J.; Ramamurthy, V.; Scaiano, Juan (2010). Modern Molecular Photochemistry of Organic Molecules. University Science Books. ISBN 978-1891389252.
^ Roth, Heinz D. (1989). „The Beginnings of Organic Photochemistry”. Angewandte Chemie International Edition in English. 28 (9): 1193—1207. doi:10.1002/anie.198911931.

Литература

Liboff, Richard L. (2002). Introductory Quantum Mechanics. Addison-Wesley. ISBN 978-0-8053-8714-8.
Licker, Mark J. (2004). McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Chemistry. New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-143953-4.
Coulson, Charles, A. (1952). Valence. Oxford at the Clarendon Press.
Hückel, Erich (1934). „Theory of free radicals of organic chemistry”. Trans. Faraday Soc. 30: 40—52. doi:10.1039/TF9343000040.
Lennard-Jones, J.E. (1929). „The electronic structure of some diatomic molecules”. Trans. Faraday Soc. 25: 668—686. Bibcode:1929FaTr...25..668L. doi:10.1039/TF9292500668.
Pauling, Linus (1931). „The Nature of the Chemical Bond. II. The One-Electron Bond and the Three-Electron Bond.”. J. Am. Chem. Soc. 53 (9): 3225—3237. doi:10.1021/ja01360a004.
Hall, George G (1991). „Foundations of Molecular Orbital Theory.”. Advances in Quantum Chemistry. 22: 1—6. Bibcode:1991AdQC...22....1H. ISBN 978-0-12-034822-0. ISSN 0065-3276. doi:10.1016/S0065-3276(08)60361-5.
Coulson, C.A. (1938), „Self-consistent field for molecular hydrogen”, Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 34 (2): 204—212, Bibcode:1938PCPS...34..204C, S2CID 95772081, doi:10.1017/S0305004100020089
Hall, G.G. (7. 8. 1950). „The Molecular Orbital Theory of Chemical Valency. VI. Properties of Equivalent Orbitals”. Proc. Roy. Soc. A. 202 (1070): 336—344. Bibcode:1950RSPSA.202..336H. S2CID 123260646. doi:10.1098/rspa.1950.0104.
Jensen, Frank (1999). Introduction to Computational Chemistry. John Wiley and Sons. ISBN 978-0-471-98425-2.
Bohr, Niels (1985), „Rydberg's discovery of the spectral laws”, Ур.: Kalckar, J., N. Bohr: Collected Works, 10, Amsterdam: North-Holland Publ., стр. 373—9
Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. (2008). „CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006” (PDF). Reviews of Modern Physics. 80 (2): 633—730. Bibcode:2008RvMP...80..633M. CiteSeerX 10.1.1.150.3858 . arXiv:0801.0028 . doi:10.1103/RevModPhys.80.633.
„Hydrogen energies and spectrum”. hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Приступљено 2020-06-26.
Lyman, Theodore (1906), „The Spectrum of Hydrogen in the Region of Extremely Short Wave-Length”, Memoirs of the American Academy of Arts and Sciences, New Series, 23 (3): 125—146, Bibcode:1906MAAAS..13..125L, JSTOR 25058084, doi:10.2307/25058084 . Also in The Astrophysical Journal, 23: 181, 1906, Bibcode:1906ApJ....23..181L, doi:10.1086/141330 .
Lyman, Theodore (1914), „An Extension of the Spectrum in the Extreme Ultra-Violet”, Nature, 93 (2323): 241, Bibcode:1914Natur..93..241L, doi:10.1038/093241a0 
Wiese, W. L.; Fuhr, J. R. (2009), „Accurate Atomic Transition Probabilities for Hydrogen, Helium, and Lithium”, Journal of Physical and Chemical Reference Data, 38 (3): 565, Bibcode:2009JPCRD..38..565W, doi:10.1063/1.3077727
Balmer, J. J. (1885), „Notiz uber die Spectrallinien des Wasserstoffs”, Annalen der Physik, 261 (5): 80—87, Bibcode:1885AnP...261...80B, doi:10.1002/andp.18852610506
Paschen, Friedrich (1908), „Zur Kenntnis ultraroter Linienspektra. I. (Normalwellenlängen bis 27000 Å.-E.)”, Annalen der Physik, 332 (13): 537—570, Bibcode:1908AnP...332..537P, doi:10.1002/andp.19083321303, Архивирано из оригинала 2012-12-17. г.
Brackett, Frederick Sumner (1922), „Visible and Infra-Red Radiation of Hydrogen”, Astrophysical Journal, 56: 154, Bibcode:1922ApJ....56..154B, S2CID 122252244, doi:10.1086/142697, hdl:2027/uc1.$b315747 
Pfund, A. H. (1924), „The emission of nitrogen and hydrogen in infrared”, J. Opt. Soc. Am., 9 (3): 193—196, Bibcode:1924JOSA....9..193P, doi:10.1364/JOSA.9.000193
Kramida, A. E.; et al. (новембар 2010). „A critical compilation of experimental data on spectral lines and energy levels of hydrogen, deuterium, and tritium”. Atomic Data and Nuclear Data Tables. 96 (6): 586—644. Bibcode:2010ADNDT..96..586K. doi:10.1016/j.adt.2010.05.001.
Humphreys, C.J. (1953), „The Sixth Series in the Spectrum of Atomic Hydrogen”, Journal of Research of the National Bureau of Standards, 50: 1, doi:10.6028/jres.050.001

Спољашње везе

NASA background information on ground and excited states

[Ons1949-1] Onsager, L. (1949). „Statistical Hydrodynamics”. Il Nuovo Cimento. 6 (2): 279—287. Bibcode:1949NCim....6S.279O. ISSN 1827-6121. S2CID 186224016. doi:10.1007/BF02780991.

[2] Ramsey, Norman (1956-07-01). „Thermodynamics and Statistical Mechanics at Negative Absolute Temperatures”. Physical Review. 103 (1): 20—28. Bibcode:1956PhRv..103...20R. doi:10.1103/PhysRev.103.20.

[3] Tremblay, André-Marie (1975-11-18). „Comment on: Negative Kelvin temperatures: some anomalies and a speculation” (PDF). American Journal of Physics. 44 (10): 994—995. Bibcode:1976AmJPh..44..994T. doi:10.1119/1.10248. Архивирано из оригинала (PDF) 03. 03. 2016. г. Приступљено 25. 06. 2023.

[4] Hanaor, Dorian A. H.; Sorrell, Charles C. (2011-02-01). „Review of the anatase to rutile phase transformation”. Journal of Materials Science (на језику: енглески). 46 (4): 855—874. Bibcode:2011JMatS..46..855H. ISSN 1573-4803. S2CID 97190202. doi:10.1007/s10853-010-5113-0. Приступљено 2019-10-08.

[5] van Setten; Uijttewaal; de Wijs; de Groot (2007). „Thermodynamic stability of boron: the role of defects and zero point motion” (PDF). Journal of the American Chemical Society. 129 (9): 2458—2465. PMID 17295480. S2CID 961904. doi:10.1021/ja0631246. Архивирано из оригинала (PDF) 15. 04. 2021. г. Приступљено 25. 06. 2023.

[Hyperphysics21-6] „The Hydrogen 21-cm Line”. Hyperphysics. Georgia State University. 2005-10-30. Приступљено 2009-03-18.

[Liboff-7] Liboff, Richard L. (2002). Introductory Quantum Mechanics. Addison-Wesley. ISBN 978-0-8053-8714-8.

[Andrew,_chapter_2-8] Andrew, A. V. (2006). „2. Schrödinger equation”. Atomic spectroscopy. Introduction of theory to Hyperfine Structure (на језику: енглески). Springer. стр. 274. ISBN 978-0-387-25573-6.

[9] 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. PMID 20540550. doi:10.1021/jp101761d.

[10] 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. PMID 16277369. doi:10.1021/cr0505627.

[11] Knowles, Peter J.; Werner, Hans-Joachim (1992). „Internally contracted multiconfiguration-reference configuration interaction calculations for excited states”. Theoretica Chimica Acta. 84 (1–2): 95—103. S2CID 96830841. doi:10.1007/BF01117405.

[12] 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—149. doi:10.1021/j100180a030.

[13] 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.

[14] {url = https://www.rp-photonics.com/excited_state_absorption.html}

[15] Dolan, Giora; Goldschmidt, Chmouel R (1976). „A new method for absolute absorption cross-section measurements: rhodamine-6G excited singlet-singlet absorption spectrum”. Chemical Physics Letters. 39 (2): 320—322. Bibcode:1976CPL....39..320D. doi:10.1016/0009-2614(76)80085-1.

[16] P. Klán, J. Wirz Photochemistry of Organic Compounds: From Concepts to Practice. Wiley, Chichester. Klán, Petr; Wirz, Jakob (2009). Photochemistry of Organic Compounds: From Concepts to Practice. John Wiley & Sons. ISBN 978-1405190886.

[17] N. J. Turro, V. Ramamurthy, J. C. Scaiano Modern Molecular Photochemistry of Organic Molecules Архивирано на сајту Wayback Machine (25. јул 2019). University Science Books, Sausalito. Turro, Nicholas J.; Ramamurthy, V.; Scaiano, Juan (2010). Modern Molecular Photochemistry of Organic Molecules. University Science Books. ISBN 978-1891389252.

[Roth-18] Roth, Heinz D. (1989). „The Beginnings of Organic Photochemistry”. Angewandte Chemie International Edition in English. 28 (9): 1193—1207. doi:10.1002/anie.198911931.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

Побуђено стање