L'état excité de l'électron est responsable de nombreuses propriétés qu'il présente. C'est la base de la chimie atomique et de la formation des molécules. Cet article illustre des faits intéressants liés à la phase d'excitation des électrons.
L'état excité de l'électron peut être défini comme le mouvement temporaire d'un électron de son état fondamental à un état excité sous réserve d'énergie supplémentaire. Cet état excité d'électron peut être obtenu par transfert d'énergie sous forme de collision entre molécules, absorption d'un photon, paquet ou lumière.
Pour comprendre l'état excité de l'électron, il est obligatoire de rechercher le cadre énergétique d'un atome. Un atome comprend 3 entités à savoir les neutrons, les protons et les électrons. Le noyau est constitué de protons et de neutrons qui sont entourés d'électrons dans des couches bien définies appelées niveaux d'énergie qui ont des énergies variables. C'est la description de l'état fondamental d'un atome où les électrons sont dans l'état d'énergie la plus basse.
Chaque orbitale a des paramètres d'énergie spécifiques. Pour qu'un électron soit excité, il doit passer de son niveau d'énergie stable le plus bas au niveau d'énergie instable le plus élevé. Cela ne peut être possible que si l'électron surmonte la différence d'énergie entre les deux orbitales. Cela n'est possible que si un photon d'une telle capacité énergétique est absorbé par l'électron. La satisfaction de cette exigence énergétique conduit à la condition idéale pour l'état excité de l'électron. Mais cet état excité de l'électron est transitoire et en quelques millisecondes, les électrons reviennent à leur état fondamental à partir de l'état excité avec l'émission du photon.
Outre l'état excité de l'électron, il est également possible que l'électron atteigne l'énergie maximale là où l'attraction nucléaire ou l'énergie nucléaire n'a aucun rôle à jouer. Cet électron à l'état excité est l'électron ionisé. Il existe de nombreux faits associés à l'état excité de l'électron qui sont discutés ci-dessous :
- Configuration électronique de l'état excité de l'électron
- Quand est l'état excité de l'électron ?
- Comment se forme l'état excité de l'électron ?
- Rôle de la configuration électronique dans la détermination de l'état excité de l'électron
- Formule de configuration électronique pendant l'état excité de l'électron
- Le temps de l'électron à l'état excité
- Changements d'électron pendant l'état excité de l'électron
- Le premier état excité de l'électron
- Calcul du premier état excité de l'électron
- Niveau du premier électron à l'état excité
- Validité de l'état excité de l'électron
Configuration électronique de l'électron à l'état excité
La configuration électronique est la disposition des électrons dans les niveaux d'énergie en fonction de la stabilité. Habituellement, la configuration électronique de chaque élément représenté dans le tableau périodique est dans son état fondamental. Lors de la liaison d'éléments pour former divers composés, il y a partage, gain et perte d'électrons, ce qui conduit à un état excité de formation d'électrons.
Les électrons à l'état excité sont formés par l'apport d'énergie et sont toujours dans un arrangement supérieur. Il est démontré à l'aide d'un exemple. Par exemple, considérons l'oxygène ayant un numéro atomique = 8. Sa configuration électronique dans l'état fondamental ou la forme d'énergie la plus stable la plus basse est 1s22s22p4. Si l'oxygène doit être excité, il peut occuper un nombre infini d'orbites, mais généralement, elles occupent l'orbite suivante. Donc à l'état excité, la configuration électronique de l'oxygène sera de 1s22s22p33s1
Quand est l'état excité de l'électron ?
L'état excité de l'électron se produit parce que les électrons de valence ou les électrons les plus externes ne restent pas toujours dans leurs coquilles respectives. En raison de l'absorbance de la chaleur, de la lumière ou des quanta, ils sautent à un niveau d'énergie plus élevé qui est loin du noyau. Mais ce phénomène n'est pas permanent. L'électron excité revient à sa position d'origine en perdant de l'énergie, ce qui l'appelle le processus d'émission.
Comment se forme l'état excité de l'électron ?
Le processus de formation de l'état excité de l'électron est similaire à celui expliqué ci-dessus. Cela implique l'absorption et l'émission d'énergie qui conduisent à l'excitation puis à la récupération des électrons dans leur état fondamental. L'énergie minimale requise pour le mouvement de l'électron est l'énergie de seuil. C'est la différence entre l'état fondamental et l'état excité. Cette procédure complète se déroule dans une longueur d'onde confinée qui émet à son tour des radiations colorées formant ainsi des spectres.
Par exemple, le cuivre métallique lorsqu'il est chauffé dans une flamme chaude, la couleur de la flamme est vert vif. Ceci est justifié par l'état excité de l'électron suivi de l'émission.
Rôle de la configuration électronique dans la détermination de l'état excité de l'électron
La configuration électronique est affectée par l'état excité de l'électron. La configuration électronique d'un atome où il y a excitation montre le mouvement des électrons de valence vers l'orbitale supérieure suivante.
Par exemple, le sodium métallique est un métal qui a le numéro atomique 11. Sa configuration électronique à l'état fondamental est 1s22s22p63s1. Lors de l'excitation, l'électron présent dans le sous-niveau 3s sera promu au sous-niveau 3p. Ainsi, la configuration électronique de l'état excité sera de 1 s22s22p63p1. Mais c'est une condition très instable et l'état excité de l'électron ne durera pas longtemps avant de revenir à sa configuration électronique d'origine.
Toute cette procédure d'excitation et de retour à son état d'origine se traduit par le dégagement d'une flamme jaune caractéristique dans le cas du sodium métallique.
Formule de configuration électronique pendant l'état excité de l'électron
Il n'y a pas de formule ou de règle absolue pour déterminer la configuration électronique de l'état excité de l'électron. La seule chose importante à savoir est de savoir comment écrire la configuration électronique des éléments avec une distribution d'énergie appropriée. L'état excité de l'électron peut alors être atteint en sautant l'électron au niveau d'énergie supérieur adjacent qui est de courte durée.
Le temps de l'électron à l'état excité
L'état excité des électrons est une période de très courte durée en raison de l'instabilité de la distribution d'énergie. Dans la plupart des atomes, le temps moyen avant le processus d'émission est de 10-9 - 10-8 secondes. Le seul état excité qui peut rester longtemps est l'état métastable. Bien que le temps soit inférieur à l'état fondamental, il est bien supérieur à l'autre état excité de l'électron. Le temps considérable à l'état métastable est de 10-6 - 10-3.
Changements d'électron pendant l'état excité de l'électron
Le concept de ce qui arrive aux électrons lorsqu'ils sont excités est très complexe et a différentes théories et notions. De nombreux scientifiques et chercheurs pensent que les électrons eux-mêmes ne se déplacent pas d'une coquille à l'autre, mais beaucoup d'entre eux ne sont pas d'accord
Ils travaillent sur cette notion qu'un atome n'est pas un objet comme l'explique la théorie classique mais qu'il se présente sous la forme d'une onde comme l'explique la théorie quantique développée plus tard. Il est proposé qu'il y ait un mouvement des électrons dans de nombreuses excitations moléculaires comme n à pi* où les états initial et final ont des fonctions d'onde différentes. Ce sujet touche l'aspect ondulatoire de l'orbite où l'énergie est sous forme de quanta.
Le premier état excité de l'électron
Le premier état excité d'un électron dans un atome peut s'expliquer par le fait que les électrons de l'état fondamental obtiennent suffisamment d'énergie pour passer à l'orbitale suivante. Par exemple
Dans l'atome H, les électrons occupent des couches notées n. L'état fondamental est alors n=1 et au-dessus c'est le premier état excité de l'électron n=2.
La différence d'énergie est donnée par
En = -13.6eV/n^2 où n = 1, 2, 3, 4….
Ainsi, la différence d'énergie du premier état excité de l'électron peut être E2-E1 = 10.2 eV
Calcul du premier état excité de l'électron
Le calcul de l'énergie de l'état excité de l'électron est généralement effectué pour les atomes de type hydrogène qui n'ont qu'un seul électron. L'énergie du nième niveau peut être calculée comme
Fr = -Z2 x 13.6 eV/n2 où Z est le numéro atomique de l'atome.
La présence de 1 électron signifie que la configuration électronique sera de 1s1
Donc, E1 = -Z2 x 13.6 eV/12
Par conséquent, le premier état excité du niveau d'énergie des électrons sera de 1 s02s1.
Niveau du premier état excité de l'électron
Le niveau du premier état excité de l'électron peut être jugé à l'aide des niveaux d'énergie proposés par Neil Bohr dans son modèle d'atome d'hydrogène. Les niveaux d'énergie sont désignés par n où n = 1 est considéré comme l'état fondamental et n = 2 est le premier état excité de l'électron. Il a également souligné le fait que chaque électron dans un atome peut atteindre son énergie maximale et peut toujours faire partie de l'atome.
Validité de l'état excité de l'électron
La validation de l'état excité de l'électron se fait à l'aide de théorie fonctionnelle de la densité (DFT) en utilisant soit une grille spatiale réelle, soit un ensemble de base d'ondes planes. Ce concept est assez complexe et est considéré dans la catégorie de la recherche.
Conclusion
Pour résumer, l'état excité de l'électron est une condition dans laquelle un électron saute de son état fondamental à un état excité supérieur lorsqu'il reçoit une énergie supérieure à l'énergie de seuil sous la forme de paquets de lumière ou de chaleur. Cet état transitoire est de courte durée et la même quantité d'énergie est émise lors de l'inversion lorsque l'atome passe de l'état excité à l'état fondamental. Ce processus génère différents spectres sur la base de l'élément impliqué.
Bonjour, je m'appelle Mansi Sharma, j'ai terminé mon master en chimie. Je crois personnellement qu’apprendre est plus enthousiaste lorsqu’il est appris avec créativité. Je suis un expert en la matière en chimie.
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