Cos'è uno stato eccitato?

In fisica, si dice che un sistema sia in uno stato eccitato se si trova a un livello di energia più elevato rispetto al suo livello di energia basale o allo stato fondamentale.Il "sistema" può essere un atomo, molecola, ione o altre particelle.Quando il sistema assorbe energia, passa in uno stato eccitato e quando emette energia, ritorna in uno stato fondamentale.Gli elettroni in un atomo, ad esempio, esistono allo stato fondamentale fino a quando non assorbono l'energia che li fa saltare in un orbitale di energia più elevata.Quando ciò si verifica, si dice che l'elettrone si trovasse in uno stato eccitato.

Gli elettroni, come particelle caricate negativamente, sono tenuti ai protoni caricati positivamente nel nucleo di un atomo attraverso la forza elettromagnetica.Circondano il nucleo in una serie di orbitali atomici, ognuno dei quali corrisponde a un livello di energia discreto.Ogni orbita attorno al nucleo atomico, concettualizzato come guscio di elettroni, può contenere solo un certo numero di elettroni.I livelli di energia più bassi tendono a essere riempiti per primi.Quando viene riempito un determinato guscio, uno stato energetico più elevato inizierà a popolare.

È possibile che un elettrone salti a un livello di energia più elevato prima che venga popolato quel livello, ma ciò richiede energia dall'esterno del sistema.Questa energia può presentarsi sotto forma di un fotone, l'unità base di luce e altre radiazioni elettromagnetiche.Quando un fotone colpisce l'atomo, l'energia spinge l'elettrone in un livello di energia più elevato.

Un elettrone richiede più energia per saltare dal primo livello di energia al secondo che dal secondo al terzo.Questo perché la forza attraente del campo elettrico del nucleo è più forte vicino al nucleo e diminuisce con la distanza.Gli elettroni alla stessa frangia del campo elettrico, lontano dal nucleo, possono essere eccitati al punto di liberarsi del tutto dall'atomo.Quando ciò accade, l'atomo perde quell'unità di carica negativa e diventa ionizzato e mdash;In altre parole, non è più carico neutralmente, ma diventa invece uno ione carico positivamente.

Lo stato eccitato è spesso breve.Dopo aver saltato a un livello di energia più elevato, un elettrone di solito emette un fotone o un fonone mdash;un'unità di luce o calore mdash;per tornare al suo stato fondamentale.Ciò può accadere naturalmente, attraverso l'emissione spontanea o artificialmente, attraverso l'emissione stimolata.In rari casi, lo stato eccitato è conservato più a lungo in un atomo, modificando le sue proprietà chimiche.

Molti dispositivi che producono luce sono progettati per eccitare gli elettroni per generare fotoni attraverso emissione spontanea o stimolata.I laser, ad esempio, funzionano attraverso l'emissione stimolata.Tubi fluorescenti e tubi a raggi catodici usano l'emissione spontanea per produrre luce.