Pobuđeno stanje
Pobuđenost predstavlja povećanje u energetskom nivou iznad određenog energetskog stanja koje se označava kao osnovno. U fizici postoji specifična definicija za energetski nivo koja se odnosi na atom koji se nalazi u pobuđenom stanju.
U kvantnoj mehanici, pobuđeno stanje sistema, kao što je atom, molekul ili atomsko jezgro, je bilo koje kvantno stanje koje ima veću energiju od osnovnog stanja, odnosno, veću energiju od apsolutnog minimuma. Temperatura grupe čestica je odraz stepena pobuđenosti sistema, osim kod sistema koji imaju negativnu temperaturu.[1][2][3]
Vreme života sistema u pobuđenom stanju je obično veoma kratko: spontana ili indukovana emisija kvanta energije (fotona ili fonona) se obično događa nakon što se sistem "popne" u pobuđeno stanje. Nakon ovoga se sistem vraća u stanje niže energije: u pobuđeno stanje nižeg nivoa ili u osnovno stanje. Ovaj povratak u stanje niže energije predstavlja obrnut proces pobuđivanju.
Dugoživeća pobuđena stanja se često nazivaju metastabilnim.[4][5] Dugoživeći nuklearni izomeri i singletni kiseonik su dva primera kod kojih se javljaju ovakva stanja.
Atomsko pobuđivanje
urediJednostavan primer ovog koncepta predstavlja atom vodonika.
U osnovnom stanju, jedini elektron u atomu vodonika je u najnižoj mogućoj orbitali, odnosno u sferno-simetričnoj 1s talasnoj funkciji, koja ima najniže moguće kvantne brojeve. Dodajući energiju atomu (na primer, apsorpcijom fotona dovoljne energije), elektron može da pređe u pobuđeno stanje (koje ima veće kvantne brojeve od minimalnih). Ako foton ima previše energije, elektron će prestati da bude vezan za atom, i atom će postati jonizovan.
Nakon pobuđivanja, atom se može vratiti u osnovno stanje ili u niže pobuđeno stanje, emisijom fotona određene energije. Emisijom fotona iz različitih pobuđenih stanja nastaje elektromagnetni spektar koji pokazuje seriju emisionih linija. U slučaju atoma vodonika, to su Lajmanova, Balmerova, Pašenova, i Braketova serija.[6][7][8]
Atom u visokom pobuđenom stanju se naziva Ridbergov atom. Sistem koji se sastoji od ovakvih atoma može da formira dugoživeće kondenzovano pobuđeno stanje, odnosno kondenzovanu fazu koja se u potpunosti sastoji od pobuđenih atoma; ova faza se naziva Ridbergova materija.
Vodonik se može pobuđivati toplotom ili elektricitetom.
Pobuđivanje perturbovanog gasa
urediZa skup molekula koji formira gas se može smatrati da se nalazi u pobuđenom stanju ako jedan ili više molekula imaju povišenu kinetičku energiju tako da rezultujuća raspodela brzina odstupa od Bolcmanove raspodele. Ovaj fenomen je posmatran nad slučajem dvodimenzionih gasova, pri čemu je analizirano vreme potrebno za relaksaciju do ravnoteže.
Izračunavanje pobuđenih stanja
urediPobuđena stanja se izračunavaju primenom spregnutih grupa (engl. coupled cluster), Moler-Plesetove perturbacione teorije (engl. Møller–Plesset perturbation theory), i vremenski-zavisnom teorijom funkcionala gustine (engl. Time-dependent density functional theory - T-DFT). Ovi proračuni su znatno složeniji od proračuna za nepobuđena stanja.[9][10][11][12][13]
Apsorpcija pobuđenog stanja
urediPobuđivanje sistema (atoma ili molekula) iz niskoenergetskog pobuđenog stanja do visokoenergetskog pobuđenog stanja uz apsorpciju fotona se naziva pobuđeno apsorpciono stanje (ESA). Apsorpcija pobuđenog stanja je moguća samo kada je elektron već pobuđen iz osnovnog stanja u niže pobuđeno stanje. Apsorpcija pobuđenog stanja obično je neželjeni efekat.[14] Merenja apsorpcije pobuđenog stanja se vrši koristeći probne tehnike pumpi. Međutim, nije ih lako meriti putem poređenja sa apsorpcijom osnovnog stanja, i u nekim slučajevima potrebno je potpuno izbeljivanje osnovnog stanja kako bi se izmerila apsorpcija pobuđenog stanja.[15]
Reakcije
urediPosledica pobuđenosti je i drugačije ponašanje atoma u hemijskoj reakciji, čime se bavi fotohemija.[16][17][18] Pobuđena stanja pomažu tok reakcije.
Vidi još
urediReference
uredi- ^ 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. Arhivirano iz originala (PDF) 03. 03. 2016. g. Pristupljeno 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 (na jeziku: engleski). 46 (4): 855—874. Bibcode:2011JMatS..46..855H. ISSN 1573-4803. S2CID 97190202. doi:10.1007/s10853-010-5113-0. Pristupljeno 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. Arhivirano iz originala (PDF) 15. 04. 2021. g. Pristupljeno 25. 06. 2023.
- ^ „The Hydrogen 21-cm Line”. Hyperphysics. Georgia State University. 2005-10-30. Pristupljeno 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 (na jeziku: engleski). Springer. str. 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 Arhivirano na sajtu Wayback Machine (25. jul 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.
Literatura
uredi- 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”, Ur.: Kalckar, J., N. Bohr: Collected Works, 10, Amsterdam: North-Holland Publ., str. 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. Pristupljeno 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, Arhivirano iz originala 2012-12-17. g.
- 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. (novembar 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
