El estado excitado del electrón es responsable de muchas propiedades que exhibe. Es la base de la química atómica y la formación de moléculas. Este artículo ilustra hechos interesantes relacionados con la fase de excitación de los electrones.
El estado excitado de un electrón se puede definir como el movimiento temporal de un electrón desde su estado fundamental a un estado excitado en el suministro de energía extra. Este estado excitado del electrón se puede lograr mediante la transferencia de energía en forma de colisión entre moléculas, absorción de un fotón, paquete o luz.
Para comprender el estado excitado del electrón, es obligatorio observar el marco de energía de un átomo. Un átomo comprende 3 entidades, a saber, neutrones, protones y electrones. El núcleo consta de protones y neutrones que están rodeados de electrones en capas bien definidas conocidas como niveles de energía que tienen energías variables. Esta es la descripción del estado fundamental de un átomo donde los electrones están en el estado de energía más bajo.
Cada orbital tiene parámetros de energía específicos. Para que un electrón se excite, necesita pasar de su nivel de energía estable más bajo al nivel de energía inestable más alto. Esto solo puede ser posible si el electrón supera la diferencia de energía entre ambos orbitales. Esto sólo puede ser posible si el electrón absorbe un fotón de esa capacidad energética. El cumplimiento de este requisito de energía conduce a la condición ideal para el estado excitado del electrón. Pero este estado excitado del electrón es transitorio y, en unos pocos milisegundos, los electrones vuelven a su estado fundamental desde el estado excitado con la emisión del fotón.
Además del estado excitado del electrón, también existe la posibilidad de que el electrón alcance la energía máxima donde la atracción nuclear o la energía nuclear no tienen ningún papel que desempeñar. Ese electrón en estado excitado es el electrón ionizado. Hay muchos hechos asociados con el estado excitado del electrón que se discute a continuación:
- Configuración electrónica del estado excitado del electrón.
- ¿Cuándo es el estado excitado del electrón?
- ¿Cómo se forma el estado excitado del electrón?
- Papel de la configuración electrónica en la determinación del estado excitado del electrón.
- Fórmula de configuración electrónica durante el estado excitado del electrón.
- El tiempo del electrón en estado excitado
- Cambios en el electrón durante el estado excitado del electrón.
- El primer estado excitado del electrón.
- Cálculo del primer estado excitado del electrón.
- Nivel del primer electrón en estado excitado
- Validez del estado excitado del electrón
Configuración electrónica del electrón en estado excitado.
La configuración electrónica es la disposición de los electrones en los niveles de energía según la estabilidad. Por lo general, la configuración electrónica de cada elemento representado en la tabla periódica está en su estado fundamental. Durante la unión de elementos para formar varios compuestos, se comparten, ganan y pierden electrones, lo que conduce a un estado excitado de formación de electrones.
Los electrones en estado excitado se forman por la entrada de energía y siempre están en una disposición superior. Se demuestra con la ayuda de un ejemplo. Por ejemplo, consideremos que el oxígeno tiene un número atómico = 8. Su configuración electrónica en el estado fundamental o la forma de energía más estable más baja es 1s22s22p4. Si se va a excitar el oxígeno, entonces puede ocupar un número infinito de orbitales, pero por lo general, ocupan el siguiente orbital. Entonces, en el estado excitado, la configuración electrónica del oxígeno será 1s22s22p33s1
¿Cuándo es el estado excitado del electrón?
El estado excitado del electrón ocurre porque los electrones de valencia o los electrones más externos no siempre permanecen en sus respectivas capas. Debido a la absorbancia del calor, la luz o los cuantos, saltan a un nivel de energía superior que está lejos del núcleo. Pero este fenómeno no es permanente. El electrón excitado vuelve a su posición original perdiendo energía, por lo que se denomina proceso de emisión.
¿Cómo se forma el estado excitado del electrón?
El proceso de formación del estado excitado del electrón es similar al explicado anteriormente. Implica la absorción y emisión de energía que conduce a la excitación y luego a la recuperación de electrones de regreso a su estado fundamental. La energía mínima requerida para el movimiento de electrones es la energía umbral. Es la diferencia entre el estado fundamental y el estado excitado. Este procedimiento completo ocurre en una longitud de onda confinada que a su vez emite radiaciones coloreadas formando espectros.
Por ejemplo, el metal de cobre cuando se calienta en una llama caliente, el color de la llama es verde brillante. Esto se justifica por el estado excitado del electrón seguido de emisión.
Papel de la configuración electrónica en la determinación del estado excitado del electrón.
La configuración electrónica se ve afectada por el estado excitado del electrón. La configuración electrónica de un átomo donde hay excitación muestra el movimiento de los electrones de valencia al siguiente orbital superior.
Por ejemplo, el sodio metálico es un metal que tiene el número atómico 11. Su configuración electrónica de estado fundamental es 1s22s22p63s1. Durante la excitación, el electrón presente en el subnivel 3s será ascendido al subnivel 3p. Entonces la configuración electrónica del estado excitado será 1s22s22p63p1. Pero esta es una condición muy inestable y el estado excitado del electrón no durará mucho antes de volver a su configuración electrónica original.
Todo este procedimiento de excitación y regreso a su estado original da como resultado la liberación de una llama amarilla característica en el caso del sodio metálico.
Fórmula de configuración electrónica durante el estado excitado del electrón.
No existen fórmulas o reglas estrictas para determinar la configuración electrónica del estado excitado del electrón. Lo único importante a tener en cuenta es cómo escribir la configuración electrónica de los elementos con una distribución de energía adecuada. Entonces, el estado excitado del electrón se puede lograr saltando el electrón al nivel de energía más alto adyacente que es de corta duración.
El tiempo del electrón en estado excitado
El estado excitado de los electrones es un período de muy corta duración debido a la inestabilidad en la distribución de energía. En la mayoría de los átomos, el tiempo medio antes del proceso de emisión es de 10-9 al 10-8 segundos. El único estado excitado que puede permanecer mucho tiempo es el estado metaestable. Aunque el tiempo es menor que el estado fundamental, es mucho más que el otro estado excitado del electrón. El tiempo considerable en el estado metaestable es de 10-6 al 10-3.
Cambios en el electrón durante el estado excitado del electrón.
El concepto de lo que les sucede a los electrones cuando se excitan es muy complejo y tiene diferentes teorías y nociones. Muchos científicos e investigadores creen que los electrones en sí mismos no se mueven de una capa a otra, pero muchos de ellos no están de acuerdo.
Trabajan sobre esta noción de que un átomo no es un objeto como lo explica la teoría clásica, sino que tiene la forma de una onda como lo explica la teoría cuántica desarrollada más tarde. Se propone que hay movimiento de electrones en muchas excitaciones moleculares como n a pi* donde los estados inicial y final tienen diferentes funciones de onda. Este tema toca el aspecto ondulatorio del orbital donde la energía está en forma de cuantos
El primer estado excitado del electrón.
El primer estado excitado de un electrón en un átomo se puede explicar como cuando los electrones en el estado fundamental obtienen suficiente energía para saltar al siguiente orbital. Por ejemplo:
En el átomo de H, los electrones ocupan capas indicadas como n. El estado fundamental entonces es n=1 y por encima de eso está el primer estado excitado del electrón n=2.
La diferencia de energía está dada por
En = -13.6eV/n^2 donde n = 1, 2, 3, 4….
Entonces, la diferencia de energía del primer estado excitado del electrón puede ser E2-E1 = 10.2eV
Cálculo del primer estado excitado del electrón.
El cálculo de la energía del estado excitado del electrón generalmente se realiza para átomos similares al hidrógeno que tienen solo un electrón. La energía del nivel n se puede calcular como
En = -Z2 x 13.6 eV/n2 donde Z es el número atómico del átomo.
La presencia de 1 electrón significa que la configuración electrónica será 1s1
Entonces, E1 = -Z2 x 13.6 eV/12
Por lo tanto, el primer estado excitado del nivel de energía de los electrones será 1s02s1.
Nivel del primer estado excitado del electrón
El nivel del primer estado excitado del electrón se puede juzgar con la ayuda de los niveles de energía propuestos por Neil Bohr en su modelo de átomo de hidrógeno. Los niveles de energía se denotan por n, donde n=1 se considera el estado fundamental y n = 2 es el primer estado excitado del electrón. También enfatizó el hecho de que cada electrón en un átomo puede alcanzar su máxima energía y aún puede ser parte del átomo.
Validez del estado excitado del electrón
La validación del estado excitado del electrón se realiza mediante teoría funcional de la densidad (DFT) utilizando una cuadrícula de espacio real o un conjunto de base de onda plana. Este concepto es bastante complejo y se considera dentro de la categoría de investigación.
Conclusión
Para resumir, el estado excitado del electrón es una condición en la que un electrón salta de su estado fundamental a un estado excitado superior cuando se le proporciona una energía superior a la energía umbral en forma de paquetes de luz o calor. Este estado transitorio es de corta duración y se emite una cantidad similar de energía en la inversión cuando el átomo cae del estado excitado al estado fundamental. Este proceso genera varios espectros en función del elemento implicado.
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