Возбужденное состояние атомов и молекул

Длительность существования возбужденных состояний (инстабильных) обычно очень мала, порядка 10 в минус 7 — 10 в минус 9 степени секунд. По истечении этого промежутка атом излучает энергию и переходит на более низкий уровень. Эта величина может быть определена рядом экспериментальных методов и теоретически связана с вероятностью переходов из данного возбужденного состояния. Она тем больше, чем менее вероятны соответствующие переходы.

Относительно метастабильных состояний до последнего времени предполагалось, что они могут длиться при отсутствии столкновений неограниченно долго, так как все переходы из них путем излучения света «запрещены». Так как в условиях наших опытов, даже при крайнем технически достижимом вакууме, столкновения происходят достаточно часто, то это для земных условий фактически верно, и «запрещенные» линии обычно экспериментально не наблюдаются.

В настоящее время, однако, есть основания полагать, что длительность метастабильных возбужденных состояний также ограничена, хотя она значительно больше, чем для инстабильных (соответственно гораздо меньшей вероятности «запрещенных» переходов). По окончанию этого отрезка времени наступает спонтанное (самопроизвольное) излучение «запрещенной» линии. Такой случай может иметь место в туманностях, где материя находится в состоянии чрезвычайного разрежения.

Этим путем удалось, действительно, идентифицировать необъясненные до сих пор линии спектра туманностей (Бауен, 1927 год — линии «небулия») и полярного сияния (Мак-Леннан, 1927 год) с «запрещенными» линиями земных элементов, именно с линиями многократно ионизованного кислорода и азота.

Прекращение возбужденного состояния возможно, как было сказано, и путем ударов второго рода, то есть при столкновении возбужденных атомов или молекул с другими.

Превращения энергии возбужденного состояния при этом сводятся к следующим трем основным типам:

1) Энергия возбужденного состояния переходит непосредственно в кинетическую энергию (энергию движения) обеих частиц; это — обращение удара первого рода.

2) Энергия возбужденного состояния первой частицы переходит в энергию возбуждения второй частицы, которая может при этом расщепиться на ион и электрон (ионизоваться).

3) Энергия возбужденного состояния молекулы целиком обращается на нее самое, в результате чего молекула диссоциирует, затем распадается на части.

При возвращении молекулы из возбужденного в нормальное состояние излучается, вообще говоря, не вся поглощенная энергия. Часть ее переходит в энергию колебательного и вращательного движения частей молекулы. Иногда эти колебания, плюс развивающаяся при вращении центробежная сила могут быть настолько интенсивны, что молекула диссоциирует.

Учение о возбужденном состоянии атомов и молекул играет основную роль в современной физической оптике (Спектр, Фотолюминесценция, Фотохимия, Хемилюминесценция). Оно имеет значение также и при исследовании кинетики различных химических реакций. Есть основания в ряде случаев отожествить понятие активных и возбужденных молекул.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Картезіанський водолаз