Der angeregte Zustand des Elektrons ist für viele Eigenschaften verantwortlich, die es aufweist. Es ist die Grundlage der Atomchemie und der Molekülbildung. Dieser Artikel veranschaulicht interessante Fakten zur Anregungsphase der Elektronen.
Der angeregte Zustand eines Elektrons kann als vorübergehende Bewegung eines Elektrons von seinem Grundzustand in einen angeregten Zustand unter Bereitstellung zusätzlicher Energie definiert werden. Dieser angeregte Elektronenzustand kann durch Energieübertragung in Form von Kollisionen zwischen Molekülen, Absorption eines Photons, Pakets oder Lichts erreicht werden.
Um den angeregten Zustand eines Elektrons zu verstehen, ist es zwingend erforderlich, nach dem Energiegerüst eines Atoms Ausschau zu halten. Ein Atom besteht aus 3 Einheiten, nämlich Neutronen, Protonen und Elektronen. Der Kern besteht aus Protonen und Neutronen, die von Elektronen in wohldefinierten Schalen umgeben sind, die als Energieniveaus bekannt sind und unterschiedliche Energien haben. Dies ist die Grundzustandsbeschreibung eines Atoms, in dem sich die Elektronen im Zustand niedrigster Energie befinden.
Jedes Orbital hat spezifische Energieparameter. Damit ein Elektron angeregt werden kann, muss es sich von seinem niedrigsten stabilen Energieniveau auf das höhere instabile Energieniveau bewegen. Dies kann nur möglich sein, wenn das Elektron die Energiedifferenz zwischen beiden Orbitalen überwindet. Dies kann nur möglich sein, wenn ein Photon mit so viel Energiekapazität vom Elektron absorbiert wird. Die Erfüllung dieser Energieanforderung führt zu der idealen Bedingung für den angeregten Zustand des Elektrons. Dieser angeregte Zustand des Elektrons ist jedoch vorübergehend und innerhalb weniger Millisekunden kehren Elektronen aus dem angeregten Zustand mit der Emission des Photons in ihren Grundzustand zurück.
Abgesehen vom angeregten Zustand des Elektrons besteht auch die Möglichkeit, dass das Elektron die maximale Energie erreicht, bei der die Kernanziehung oder Kernenergie keine Rolle spielt. Dieses Elektron im angeregten Zustand ist das ionisierte Elektron. Es gibt viele Fakten im Zusammenhang mit dem angeregten Zustand des Elektrons, die im Folgenden diskutiert werden:
- Elektronische Konfiguration des angeregten Zustands des Elektrons
- Wann ist der angeregte Zustand des Elektrons?
- Wie wird der angeregte Zustand des Elektrons gebildet?
- Rolle der elektronischen Konfiguration bei der Bestimmung des angeregten Zustands des Elektrons
- Formel der elektronischen Konfiguration im angeregten Zustand des Elektrons
- Die Zeit des Elektrons im angeregten Zustand
- Änderungen im Elektron während des angeregten Zustands des Elektrons
- Der erste angeregte Zustand des Elektrons
- Berechnung des ersten angeregten Zustands des Elektrons
- Niveau des Elektrons im ersten angeregten Zustand
- Gültigkeit des angeregten Zustands des Elektrons
Elektronische Konfiguration des Elektrons im angeregten Zustand
Die elektronische Konfiguration ist die Anordnung von Elektronen in den Energieniveaus entsprechend der Stabilität. Normalerweise befindet sich die elektronische Konfiguration jedes im Periodensystem abgebildeten Elements in seinem Grundzustand. Während der Bindung von Elementen zur Bildung verschiedener Verbindungen werden Elektronen geteilt, aufgenommen und abgegeben, was zu einem angeregten Zustand der Elektronenbildung führt.
Elektronen im angeregten Zustand werden durch Energiezufuhr gebildet und befinden sich immer in einer höheren Anordnung. Es wird anhand eines Beispiels demonstriert. Betrachten wir zum Beispiel Sauerstoff mit einer Ordnungszahl = 8. Seine elektronische Konfiguration im Grundzustand oder in der niedrigsten stabilsten Energieform ist 1s22s22p4. Wenn der Sauerstoff angeregt werden soll, kann er unendlich viele Orbitale besetzen, aber normalerweise besetzen sie das nächste Orbital. Im angeregten Zustand ist die elektronische Konfiguration von Sauerstoff also 1s22s22p33s1
Wann ist der angeregte Zustand des Elektrons?
Der angeregte Zustand des Elektrons tritt auf, weil die Valenzelektronen oder die äußersten Elektronen nicht immer in ihren jeweiligen Schalen bleiben. Durch die Absorption von Wärme, Licht oder Quanten springen sie auf ein höheres Energieniveau, das weit vom Kern entfernt ist. Aber dieses Phänomen ist nicht dauerhaft. Das angeregte Elektron kehrt in seine ursprüngliche Position zurück und verliert Energie, was als Emissionsprozess bezeichnet wird.
Wie wird der angeregte Zustand des Elektrons gebildet?
Der Prozess der Bildung des angeregten Elektronenzustands ist ähnlich wie oben erklärt. Es beinhaltet die Absorption und Emission von Energie, die zur Anregung und anschließenden Rückholung von Elektronen in ihren Grundzustand führt. Die minimale Energie, die für die Bewegung eines Elektrons erforderlich ist, ist die Schwellenenergie. Es ist der Unterschied zwischen Grundzustand und angeregtem Zustand. Dieser vollständige Vorgang findet in einer begrenzten Wellenlänge statt, die wiederum farbige Strahlung aussendet und dadurch Spektren bildet.
Zum Beispiel Kupfermetall, wenn es in einer heißen Flamme erhitzt wird, dann ist die Farbe der Flamme hellgrün. Dies wird durch den angeregten Zustand des Elektrons gefolgt von Emission gerechtfertigt.
Rolle der elektronischen Konfiguration bei der Bestimmung des angeregten Zustands des Elektrons
Die elektronische Konfiguration wird durch den angeregten Zustand des Elektrons beeinflusst. Die elektronische Konfiguration eines angeregten Atoms zeigt die Bewegung der Valenzelektronen zum nächsthöheren Orbital.
Zum Beispiel ist Natriummetall ein Metall mit der Ordnungszahl 11. Seine elektronische Grundzustandskonfiguration ist 1s22s22p63s1. Während der Anregung wird das in der 3s-Unterebene vorhandene Elektron auf die 3p-Unterebene befördert. Die elektronische Konfiguration des angeregten Zustands ist also 1s22s22p63p1. Dies ist jedoch ein sehr instabiler Zustand, und der angeregte Zustand des Elektrons wird nicht von langer Dauer sein, bevor es zu seiner ursprünglichen elektronischen Konfiguration zurückkehrt.
Dieser gesamte Vorgang der Erregung und Rückkehr in seinen ursprünglichen Zustand führt im Fall von Natriummetall zur Freisetzung einer charakteristischen gelben Flamme.
Formel der elektronischen Konfiguration im angeregten Zustand des Elektrons
Es gibt keine Formeln oder feste Regeln, um die elektronische Konfiguration des angeregten Elektronenzustands zu bestimmen. Das einzig Wichtige, was man wissen muss, ist, wie man die elektronische Konfiguration von Elementen mit der richtigen Energieverteilung schreibt. Der angeregte Zustand des Elektrons kann dann erreicht werden, indem das Elektron auf das benachbarte höhere Energieniveau gesprungen wird, was kurzlebig ist.
Die Zeit des Elektrons im angeregten Zustand
Der angeregte Zustand von Elektronen ist aufgrund der Instabilität in der Energieverteilung eine sehr kurzlebige Periode. Bei den meisten Atomen beträgt die durchschnittliche Zeit vor dem Emissionsvorgang 10-9 zu 10-8 Sekunden. Der einzige angeregte Zustand, der lange verweilen kann, ist der metastabile Zustand. Obwohl die Zeit kürzer ist als der Grundzustand, ist sie viel länger als der andere angeregte Zustand des Elektrons. Die beträchtliche Zeit im metastabilen Zustand beträgt 10-6 zu 10-3.
Änderungen im Elektron während des angeregten Zustands des Elektrons
Das Konzept dessen, was mit Elektronen passiert, wenn sie angeregt werden, ist sehr komplex und hat verschiedene Theorien und Vorstellungen. Viele Wissenschaftler und Forscher glauben, dass sich die Elektronen selbst nicht von einer Schale zur anderen bewegen, aber viele von ihnen sind anderer Meinung
Sie arbeiten mit der Vorstellung, dass ein Atom kein Objekt ist, wie es die klassische Theorie erklärt, sondern es hat die Form einer Welle, wie es die später entwickelte Quantentheorie erklärt. Es wird vorgeschlagen, dass es die Bewegung von Elektronen in vielen molekularen Anregungen wie n zu pi * gibt, bei denen Anfangs- und Endzustände unterschiedliche Wellenfunktionen haben. Dieses Thema berührt den wellenartigen Aspekt des Orbitals, wo Energie in Form von ist Quanten.
Der erste angeregte Zustand des Elektrons
Der erste angeregte Zustand eines Elektrons in einem Atom kann so erklärt werden, dass die Elektronen im Grundzustand genügend Energie erhalten, um in das nächste Orbital zu springen. Zum Beispiel
Im H-Atom besetzen Elektronen Schalen, die als n bezeichnet werden. Der Grundzustand ist dann n=1 und darüber der erste angeregte Zustand des Elektrons n=2.
Die Energiedifferenz ist gegeben durch
En = -13.6 eV/n^2 wobei n = 1, 2, 3, 4….
Die Energiedifferenz des ersten angeregten Elektronenzustands kann also E2-E1 = 10.2 eV betragen
Berechnung des ersten angeregten Zustands des Elektrons
Die Energieberechnung des angeregten Elektronenzustands wird normalerweise für wasserstoffähnliche Atome durchgeführt, die nur ein Elektron haben. Die Energie des n-ten Niveaus kann berechnet werden als
En = -Z2 x 13.6 eV/n2 wobei Z die Ordnungszahl des Atoms ist.
Das Vorhandensein von 1 Elektron bedeutet, dass die elektronische Konfiguration 1s sein wird1
Also E1 = -Z2 x 13.6 eV/12
Daher ist der erste angeregte Zustand des Elektronenenergieniveaus 1s02s1.
Niveau des ersten angeregten Zustands des Elektrons
Das Niveau des ersten angeregten Elektronenzustands kann mit Hilfe der von Neil Bohr in seinem Wasserstoffatommodell vorgeschlagenen Energieniveaus beurteilt werden. Energieniveaus werden mit n bezeichnet, wobei n = 1 als Grundzustand betrachtet wird und n = 2 der erste angeregte Zustand des Elektrons ist. Er betonte auch, dass jedes Elektron in einem Atom seine maximale Energie erreichen und trotzdem Teil des Atoms sein kann.
Gültigkeit des angeregten Zustands des Elektrons
Die Validierung des angeregten Zustands des Elektrons erfolgt mit Dichtefunktionaltheorie (DFT) entweder unter Verwendung eines Gitters im realen Raum oder eines Basissatzes einer ebenen Welle. Dieses Konzept ist ziemlich komplex und wird unter der Forschungskategorie betrachtet.
Zusammenfassung
Zusammenfassend ist der angeregte Zustand eines Elektrons ein Zustand, in dem ein Elektron von seinem Grundzustand in einen höheren angeregten Zustand springt, wenn es mit Energie versorgt wird, die über der Schwellenenergie in Form von Licht- oder Wärmepaketen liegt. Dieser Übergangszustand ist kurzlebig und eine ähnliche Energiemenge wird bei der Umkehr emittiert, wenn ein Atom aus dem angeregten Zustand in den Grundzustand fällt. Dieser Prozess erzeugt je nach Element unterschiedliche Spektren.
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