Що таке збуджений стан атома

У 1905 році Дж. Томсон запропонував першу модель будови атома, згідно з якою він являє собою позитивно заряджений кулю, усередині якого розташовуються частинки з негативним зарядом - електрони. Електрична нейтральність атома пояснювалася рівністю зарядів кулі і всіх його електронів.

На зміну даної теорії в 1911 році прийшла планетарна модель, створена Резерфордом: в центрі ядро-зірка, складова основну масу всього атома, по орбітах навколо неї обертаються електрони-планети. Проте надалі результати дослідів поставили під сумнів правильність даної моделі. Приміром, з формул Резерфорда випливало, що швидкості руху електронів і їх радіуси можуть безперервно змінюватися. У такому випадку спостерігалося б безперервне випромінювання по всьому спектру. Однак результати дослідів вказують на лінійчатих спектри атомів. Також є деякі інші протиріччя. Згодом Н. Бор запропонував квантову модель будови атома. Необхідно відзначити основне і збуджений стан атома. Ця характеристика дозволяє, зокрема, пояснити валентність елемента.

Збуджений стан атома являє собою проміжну сходинку між станом з нульовим рівнем енергії і перевищує його. Вкрай нестійке, тому дуже швидкоплинно - тривалість становить мільйонні частки секунди. Збуджений стан атома настає при повідомленні йому додаткової енергії. Приміром, її джерелом можуть бути впливають температура і електромагнітні поля.

У спрощеному вигляді класична теорія будови атома стверджує, що навколо ядра на певних відстанях по кругових орбітах обертаються негативно заряджені неподільні частки - електрони. Кожна орбіта являє собою не лінію, як може здатися, а енергетичне "хмара" з декількома електронами. Додатково кожен електрон володіє своїм власним спіном (обертається навколо своєї осі). Радіус орбіти будь-якого електрона залежить від його енергетичного рівня, тому при відсутності зовнішнього впливу внутрішня структура досить стійка. Її порушення - збуджений стан атома -наступает при повідомленні зовнішньої енергії. Внаслідок цього на останніх орбітах, де сила взаємодії з ядром мала, парні спини електронів розпарюються і, як наслідок, відбувається їх перехід в незайняті осередки. Іншими словами, відповідно до законом збереження енергії перехід електрона на більш високі енергетичні рівні супроводжується поглинанням квантів.

Розглянемо збуджений стан атома на прикладі атома миш`яку (As). Його валентність дорівнює трьом. Що цікаво, дане значення вірно лише для випадку, коли елемент знаходиться у вільному стані. Так як валентність визначається кількістю неспарених спинив, то при отриманні атомом зовнішньої енергії на ділянці останньої орбіти спостерігається розпарювання з переходом частки у вільну комірку. В результаті змінюється орбіта. Так як енергетичні підрівні просто міняються місцями, то перехід назад (рекомбінація), в основний стан атома, супроводжується виділенням еквівалента поглиненої енергії у вигляді квантів. Повертаючись до прикладу з миш`яком: через зміни кількості неспарених спинив в збудженому стані валентність елемента відповідає п`яти.

Схематично все вищесказане виглядає наступним чином: при отриманні ззовні атомом порції енергії зовнішні електрони зміщуються на більшу відстань від ядра (радіус орбіт збільшується). Однак так як протон в ядрі залишається, то загальне значення внутрішньої енергії атома стає більше. При відсутності безперервного надходження зовнішньої енергії електрон дуже швидко повертається на свою колишню орбіту. При цьому надлишок його енергії виділяється у вигляді електромагнітного випромінювання.