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.