O estado excitado do elétron é responsável por muitas propriedades exibidas por ele. É a base da química atômica e da formação de moléculas. Este artigo ilustra fatos interessantes relacionados à fase de excitação dos elétrons.
O estado excitado do elétron pode ser definido como o movimento temporário de um elétron de seu estado fundamental para um estado excitado com o fornecimento de energia extra. Este estado excitado do elétron pode ser alcançado pela transferência de energia na forma de colisão entre moléculas, absorção de um fóton, pacote ou luz.
Para entender o estado excitado do elétron, é obrigatório observar a estrutura de energia de um átomo. Um átomo é composto por 3 entidades: nêutrons, prótons e elétrons. O núcleo consiste em prótons e nêutrons que são cercados por elétrons em camadas bem definidas conhecidas como níveis de energia que têm energias variadas. Esta é a descrição do estado fundamental de um átomo onde os elétrons estão no estado de energia mais baixa.
Cada orbital tem parâmetros de energia específicos. Para que um elétron seja excitado, ele precisa passar de seu nível de energia estável mais baixo para o nível de energia instável mais alto. Isso só pode ser possível se o elétron superar a diferença de energia entre ambos os orbitais. Isso só pode ser possível se um fóton com tanta capacidade de energia for absorvido pelo elétron. O cumprimento desta exigência de energia leva à condição ideal para o estado excitado do elétron. Mas este estado excitado do elétron é transitório e dentro de alguns milissegundos os elétrons retornam ao seu estado fundamental a partir do estado excitado com a emissão do fóton.
Além do estado excitado do elétron, há também a possibilidade de o elétron atingir a energia máxima onde a atração nuclear ou a energia nuclear não tem papel a desempenhar. Esse elétron no estado excitado é o elétron ionizado. Há muitos fatos associados ao estado excitado do elétron que será discutido adiante:
- Configuração eletrônica do estado excitado do elétron
- Quando é o estado excitado do elétron?
- Como é formado o estado excitado do elétron?
- Papel da configuração eletrônica na determinação do estado excitado do elétron
- Fórmula da configuração eletrônica durante o estado excitado do elétron
- O tempo do elétron no estado excitado
- Mudanças no elétron durante o estado excitado do elétron
- O primeiro estado excitado do elétron
- Cálculo do primeiro estado excitado do elétron
- Nível do primeiro elétron do estado excitado
- Validade do estado excitado do elétron
Configuração eletrônica do elétron no estado excitado
A configuração eletrônica é o arranjo dos elétrons nos níveis de energia de acordo com a estabilidade. Normalmente, a configuração eletrônica de cada elemento representado na tabela periódica está em seu estado fundamental. Durante a ligação de elementos para formar vários compostos, há compartilhamento, ganho e perda de elétrons, o que leva a um estado excitado de formação de elétrons.
Os elétrons do estado excitado são formados pela entrada de energia e estão sempre em um arranjo mais alto. É demonstrado com a ajuda de um exemplo. Por exemplo, vamos considerar o oxigênio tendo um número atômico = 8. Sua configuração eletrônica no estado fundamental ou forma de energia mais baixa mais estável é 1s22s22p4. Se o oxigênio deve ser excitado, ele pode ocupar um número infinito de orbitais, mas geralmente eles ocupam o próximo orbital. Então, no estado excitado, a configuração eletrônica do oxigênio será 1s22s22p33s1
Quando é o estado excitado do elétron?
O estado excitado do elétron acontece porque os elétrons de valência ou os elétrons mais externos nem sempre permanecem em suas respectivas camadas. Devido à absorção de calor, luz ou quanta, eles saltam para um nível de energia mais alto que está longe do núcleo. Mas esse fenômeno não é permanente. O elétron excitado volta à sua posição original perdendo energia, assim, chamando-o de processo de emissão.
Como é formado o estado excitado do elétron?
O processo de formação do estado excitado do elétron é semelhante ao explicado acima. Envolve a absorção e emissão de energia que leva à excitação e, em seguida, à recuperação de elétrons de volta ao seu estado fundamental. A energia mínima necessária para o movimento do elétron é a energia limiar. É a diferença entre o estado fundamental e o estado excitado. Este procedimento completo acontece em um comprimento de onda confinado que por sua vez emite radiações coloridas formando assim espectros.
Por exemplo, o metal de cobre quando aquecido em uma chama quente, a cor da chama é verde brilhante. Isso é justificado pelo estado excitado do elétron seguido pela emissão.
Papel da configuração eletrônica na determinação do estado excitado do elétron
A configuração eletrônica é afetada pelo estado excitado do elétron. A configuração eletrônica de um átomo onde há excitação mostra o movimento dos elétrons de valência para o próximo orbital superior.
Por exemplo, o metal de sódio é um metal que tem o número atômico 11. Sua configuração eletrônica de estado fundamental é 1s22s22p63s1. Durante a excitação, o elétron presente no subnível 3s será promovido ao subnível 3p. Então a configuração eletrônica do estado excitado será 1s22s22p63p1. Mas esta é uma condição muito instável e o estado excitado do elétron não terá vida longa antes de retornar à sua configuração eletrônica original.
Todo esse procedimento de excitação e retorno ao seu estado original resulta na liberação de uma chama amarela característica no caso do sódio metálico.
Fórmula da configuração eletrônica durante o estado excitado do elétron
Não existem fórmulas ou regras rígidas e rápidas para determinar a configuração eletrônica do estado excitado do elétron. A única coisa importante a saber é como escrever a configuração eletrônica dos elementos com distribuição de energia adequada. O estado excitado do elétron, então, pode ser alcançado saltando o elétron para o nível de energia mais alto adjacente, que é de curta duração.
O tempo do elétron no estado excitado
O estado excitado dos elétrons é um período muito curto devido à instabilidade na distribuição de energia. Na maioria dos átomos, o tempo médio antes do processo de emissão é de 10-9 para 10-8 segundos. O único estado excitado que pode permanecer por muito tempo é o estado metaestável. Embora o tempo seja menor do que o estado fundamental, é muito mais do que o outro estado excitado do elétron. O tempo considerável no estado metaestável é de 10-6 para 10-3.
Mudanças no elétron durante o estado excitado do elétron
O conceito do que acontece com os elétrons quando são excitados é muito complexo e possui diferentes teorias e noções. Muitos cientistas e pesquisadores acreditam que os próprios elétrons não se movem de uma camada para outra, mas muitos deles discordam
Eles trabalham com essa noção de que um átomo não é um objeto como explicado pela teoria clássica, mas está na forma de uma onda, conforme explicado pela teoria quântica desenvolvida posteriormente. Propõe-se que haja o movimento de elétrons em muitas excitações moleculares como n a pi* onde os estados inicial e final têm diferentes funções de onda. Este tópico toca o aspecto ondulatório do orbital onde a energia está na forma de quanto.
O primeiro estado excitado do elétron
O primeiro estado excitado do elétron em um átomo pode ser explicado como quando os elétrons no estado fundamental obtêm energia suficiente para pular para o próximo orbital. Por exemplo
No átomo de H, os elétrons ocupam camadas denotadas como n. O estado fundamental então é n=1 e acima disso é o primeiro estado excitado do elétron n=2.
A diferença de energia é dada por
En = -13.6eV/n^2 onde n = 1, 2, 3, 4….
Assim, a diferença de energia do primeiro estado excitado do elétron pode ser E2-E1 = 10.2eV
Cálculo do primeiro estado excitado do elétron
O cálculo de energia do estado excitado do elétron geralmente é feito para átomos semelhantes ao hidrogênio que possuem apenas um elétron. A energia do enésimo nível pode ser calculada como
En = -Z2 x 13.6eV/n2 onde Z é o número atômico do átomo.
Presença de 1 elétron significa que a configuração eletrônica será 1s1
Então, E1 = -Z2 x 13.6eV/12
Portanto, o primeiro estado excitado do nível de energia do elétron será 1s02s1.
Nível do primeiro estado excitado do elétron
O nível do primeiro estado excitado do elétron pode ser julgado com a ajuda dos níveis de energia propostos por Neil Bohr em seu modelo de átomo de hidrogênio. Os níveis de energia são denotados por n onde n=1 é considerado o estado fundamental e n=2 é o primeiro estado excitado do elétron. Ele também enfatizou o fato de que cada elétron em um átomo pode atingir sua energia máxima e ainda pode fazer parte do átomo.
Validade do estado excitado do elétron
A validação do estado excitado do elétron é feita usando teoria do funcional da densidade (DFT) usando uma grade de espaço real ou um conjunto de base de onda plana. Esse conceito é bastante complexo e é considerado na categoria de pesquisa.
Conclusão
Para resumir o estado excitado do elétron é uma condição quando um elétron salta de seu estado fundamental para um estado excitado mais alto quando fornecido com energia maior que a energia limiar na forma de pacotes de luz ou calor. Este estado transitório é de curta duração e a mesma quantidade de energia é emitida na reversão quando o átomo cai do estado excitado para o estado fundamental. Este processo gera vários espectros com base no elemento envolvido.
Olá, sou Mansi Sharma, concluí meu mestrado em Química. Pessoalmente, acredito que o aprendizado é mais entusiasmado quando aprendido com criatividade. Sou especialista no assunto em Química.
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