激發態

在吸收能量之後,一個電子會從基態上升至能量較高的激發態

激發是在任意能級上能量的提升。在物理學中有對於這種能級有專門定義:往往與一個原子被激發至激發態有關。

量子力學中,一個系統(例如一個原子分子原子核)的激發態是該系統中任意一個比基態具有更高能量量子態(也就是說它具有比系統所能具有的最低能量要高的能量)。

一般來說,處於激發態的系統都是不穩定的,只能維持很短的時間:一個量子(例如一個光子或是一個聲子)在發生自發輻射或受激輻射後,只在能量被提升的瞬間存在,隨即返回具有較低能量的狀態(一個較低的激發態或基態)。這種能量上的衰減一般被稱為「衰變」(decay),它是「激發」的逆過程。

持續時間較長的激發態被叫做亞穩態(metastable)。同質異能素(nuclear isomers)與單線態氧(singlet oxygen)就是其中的兩個例子。

原子的激發態

一般以最簡單的原子為模型來討論這一概念。

氫原子的基態對應的是氫原子中唯一的一個電子處於可能達到的最低的原子軌道(也就是波函數呈球形的1s軌道,它具有最小的量子數)。當外界向該原子提供能量時(例如,吸收一個具有一定能量的光子),原子中的電子就可以提升到激發態(這時它的量子數比可能的最小的量子數至少多1)。如果入射光子能量足夠大,該電子會從對於該原子的束縛態中被「打」出來,失去了電子的原子即離子化了。

在被激發後,原子會以發射一個具有特定能量的光子的形式回到能量較低的激發態(或是基態)。處於不同激發態的原子發射的光子具有不同的電磁波譜,這顯示出它們各自獨特的譜線(亦稱「發射線」)。這些譜線中,以氫原子為例的氫原子光譜(亦稱「氫線」),含有萊曼系(Lyman series)、巴耳末系(Balmer series)、帕申系(Paschen series)、布拉克系(Brackett series)、蒲芬德系(Pfund series)及漢弗萊斯系(Humphreys series)。

處於較高激發態的原子被稱為芮得柏原子。一個由高度激發的原子組成的系統可以形成壽命較長的凝聚激發態,例如完全由激發態原子組成的凝聚相——芮得柏物質(Rydberg matter)。氫氣同樣可以在加熱或通電的條件下進入激發態。

氣體擾動激發(Perturbed gas excitation)

如果一個或多個分子被提升至動能級(kinetic energy levels)使得造成的流速分布(velocity distribution)與平衡(equilibrium)狀態波爾茲曼分布(Boltzmann distribution)相分離,則一個氣體分子的集合可以被認為處於激發態中。這種現象,尤其是二維氣體(two-dimensional gas)的某些細節已經被研究——分析到達平衡狀態所需的時間。

激發態分子

參見

外部連結