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En mecánica cuántica, la excitación se define como la transición de un sistema a un estado cuántico de mayor energía [1] ( estado excitado ). [2] Durante la excitación, el sistema captura una buena cantidad de energía del entorno.

Los estados de excitación generalmente tienen una vida limitada: tarde o temprano, es decir, el sistema decae hacia un estado energético más bajo, ya sea espontáneamente o bajo la influencia de factores externos ( emisión estimulada , láser , etc.). Durante este proceso, se libera la misma cantidad de energía acumulada durante la excitación. La energía liberada puede devolverse al medio ambiente de diversas formas, por ejemplo, en forma de radiación electromagnética , calor , vibración , movimiento , etc.

Excitación atómica

En el lenguaje de la mecánica cuántica, el término excitación se refiere al aumento de energía de los electrones unidos a los núcleos atómicos .

Mediante el suministro de energía, en particular con la absorción de fotones de frecuencia adecuada o como resultado de colisiones entre partículas, es posible llevar un electrón a un nivel de energía superior al de su estado fundamental.

Excitación atómica por absorción de un fotón.svg

Un electrón de valencia pasa a un nivel de energía más alto en un átomo excitado por la absorción de un fotón (γ).

Excitación atómica por collision.svg

Con el calor, aumentan las colisiones entre átomos cercanos. Estos pueden promover las partículas a un estado excitado.

La energía del electrón así excitado sólo puede asumir valores discretos, establecidos por la fórmula de Rydberg-Ritz . Por ejemplo, en un átomo de hidrógeno , que consiste en un protón alrededor del cual orbita un electrón, se requiere una energía de 10,2 electronvoltios para promover el electrón desde el estado fundamental al primer estado excitado. Para que el electrón pase del estado fundamental al segundo estado excitado, es necesario suministrar una energía de 12,1 electronvoltios.

Sin embargo, cabe señalar que para caracterizar el estado de excitación de un átomo no es suficiente especificar la cantidad de energía absorbida, sino que es necesaria la indicación de otros números cuánticos .

Simplificando los principios de la mecánica cuántica, se puede decir que un electrón excitado salta a un orbital atómico superior. Si la energía del electrón excede la del enlace con el núcleo, el electrón abandona el átomo que permanece ionizado .

Cuando el electrón se desenergiza, libera energía emitiendo un fotón. De la energía del fotón, y solo de ésta, depende su frecuencia, que es responsable de una línea característica a lo largo del espectro de emisión de una fuente de luz . Una parte más o menos grande de la energía emitida se puede disipar en forma de calor.

Ejemplos de

El color característico de las llamas de los metales alcalinos y alcalinotérreos depende de la frecuencia de los fotones emitidos por los electrones excitados cuando vuelven a su estado fundamental. La excitación es provocada por las colisiones entre átomos y moléculas debido al calor que se produce durante la combustión .

Incluso en las lámparas de descarga , por ejemplo en las lámparas de neón comunes, las colisiones entre partículas provocan la excitación de los átomos, que es indirectamente responsable de la emisión de luz. Sin embargo, en este caso las colisiones no son provocadas por el calor, sino por la corriente eléctrica que fluye a través del plasma .

Una molécula de clorofila es capaz de expulsar un electrón cuando se excita con la luz solar . Este proceso es la base de la fase ligera de la fotosíntesis .

Nota

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