励起状態(excited state)

     基底状態 準安定状態 電離 溶解  誘導放射


 励起(Excitation)は、光、熱、電場、磁場などの影響によって引き起こされます。電子や陽子、中性子、分子、イオンの入射、衝突などによって励起されることもあります。
  入射光により、基底状態(ground state)にあった電子はΔEのエネルギーを貰って励起状態になります。そのとき入射光からΔEのエネルギーが減少し、そのエネルギーに相当する分だけ出射光の波長が長くなります。励起状態にある電子はあるとき基底状態に戻るとき、ΔEのエネルギーに相当する波長の放射光を出します。
 

電子がある軌道から別の軌道へ飛び移ること、あるいは価電子帯の頂上から伝導帯の底へ電子が飛び移ることを電子遷移といいます。
一般に、物質がエネルギーを吸収(あるいは放出)し、状態が変化することも遷移といます。

基底状態
  基底状態とは、原子の中の電子が取り得る状態(原子の電子配列)の内で最低のエネルギー状態をいいます。それ以外の状態が励起状態といいます。例えば水素原子のスペクトルでは内側の第一の軌道に電子が1個だけ存在している時が基底状態で、その他の軌道にいるときが励起状態です。ただし、電子の軌道は便宜的なもので、電子の存在確率が、中心核に近いところに集中していますが、励起状態 に なるとその確率は 随分中心核から離れたところに分布するようになります。 つまり励起状態になると, 水素原子は 随分と膨らんできます。

準安定状態
 原子が他の粒子との衝突等によってエネルギーを獲得した場合、原子が持っている電子(軌道電子)が高いエネルギー状態(元の軌道より外側の軌道)に移動させられた状態をいい、その状態を準安定状態といい、この過程を励起といいます。
 準安定状態から、より低い状態(現在の軌道よりも内側の軌道)に移動するときにはその軌道間のエネルギー差に応じた波長の光を放出(詳細は水素原子のスペクトルの例を参照して下さい。)します。励起は粒子の衝突だけではなく、非常に強い放射(電磁波、光、光子)の吸収によっても発生します。

電離
 電離は原子に他の粒子(電磁波を含む)が衝突して、原子の持っている電子が弾き飛ばされて、軌道電子を奪い取られた状態で、原子核が持っている陽子の数に変化が無いので、原子は電子を失った分だけ電気的に正の電荷を持ったように見えます。この状態を正イオンといい、電気を運ぶ役割をしますが、原子核は電子に対して非常に重いことから移動速度が遅く、電流(電荷の移動)にはほとんど寄与しません。

溶解
 イオンには溶液中で分子を構成する原子相互間の結合が解ける現象(溶解)があり、このときに電子結合を担っていた電子がついていった分子ほうが陰イオンで電子が離れていった方の分子が陽イオンです。この場合には主にイオンが電流の担い手になります。
イオンは電子との結合または陰イオンと陽イオンとの結合によって元の中性の分子に戻ります。このとき両者の持っていたエネルギーは元の安定な状態と比較して大きく、その差は電磁波として放出されます。 

誘導放射(stimulated emission)
  物体に電磁波が当たり,単にその電磁波を吸収するだけでなく,当たった電磁波と同じ波長の電磁波が放出されることです。これに対して,電磁波が当たらなくても起きる放射を 自然放射(sponteneous emission)と呼びます。

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