Estado excitado

Después de absorber energía, un electrón puede saltar desde el estado fundamental a un estado excitado de mayor energía.

La excitación es una elevación en el nivel de energía de un sistema físico, por encima de un estado de energía de referencia arbitrario, llamado estado fundamental. En física hay una definición técnica específica para el nivel de energía que se asocia a menudo con un átomo está siendo excitado a un estado excitado de mayor energía.

En mecánica cuántica un estado excitado de un sistema (como un electrón, núcleo atómico, átomo, o molécula) es cualquier estado cuántico del sistema que goza de una mayor energía que el estado fundamental (es decir, más energía que el mínimo absoluto).​ La temperatura de un grupo de partículas es indicativa del nivel de excitación.

La vida útil de un sistema en un estado excitado suele ser corta: la emisión espontánea o inducida de un cuanto de energía (como un fotón o un fonón) por lo general ocurre poco después de que el sistema haya sido promovido al estado excitado, volviendo el sistema a un estado con una energía más baja (un estado menos excitado o el estado fundamental). Este retorno a un nivel de energía es, a menudo imprecisamente llamado decaimiento y es el inverso de la excitación.

Los estados excitados de vida media larga se llaman a menudo metaestables. Los isómeros nucleares de vida media larga, y el oxígeno singlete son dos ejemplos de esto.

Excitación atómica

Un ejemplo sencillo de este concepto es el átomo de hidrógeno.

El estado fundamental del átomo de hidrógeno corresponde a tener el único electrón del átomo en la órbita o nivel de energía más bajo posible, (es decir, la función de onda "1s", que presenta simetría esférica, y que tiene los números cuánticos más bajos posibles). Al dar una energía adicional al átomo (por ejemplo, por la absorción de un fotón de una energía adecuada, o por calentamiento a alta temperatura, o por excitación eléctrica dentro de un campo eléctrico), el electrón es capaz de moverse a un estado excitado (un estado con uno o más números cuánticos mayores que el mínimo posible). Si el fotón tiene demasiada energía, el electrón deja de estar vinculado al átomo, escapará del átomo, y el átomo quedará convertido en un ion positivo o catión, es decir, el átomo se ionizará.

Después de la excitación, el átomo podría volver a un estado excitado inferior, o al estado fundamental, emitiendo un fotón con una energía característica, igual a la diferencia de energía entre los niveles de salida y llegada. La emisión de fotones por átomos en diferentes estados excitados conduce a un espectro electromagnético que muestra una serie de características líneas de emisión (tenemos, en el caso del átomo de hidrógeno, la serie de Lyman, serie de Balmer, serie de Paschen, serie de Brackett y serie de Pfund.)

Un átomo en un estado excitado de muy alta energía se denomina átomo de Rydberg.​ Un sistema de átomos altamente excitados puede formar un estado excitado condensado de vida media larga, por ejemplo, una fase condensada compuesta completamente de átomos altamente excitados: la materia de Rydberg.

Así pues un átomo o cualquier otro sistema puede excitarse por absorción de fotones de una frecuencia característica, o también mediante el calor o la electricidad.

Excitación de un gas perturbado

Un conjunto de moléculas que forman un gas se puede considerar en un estado excitado, si una o más moléculas se elevan a niveles de energía cinética tales que la distribución de velocidades resultante se aleje del equilibrio de la distribución de Boltzmann. Este fenómeno ha sido estudiado en el caso de un gas bidimensional con cierto detalle, analizando el tiempo necesario para relajarse hasta el equilibrio.

Véase también

• Fórmula de Rydberg
• Estado estacionario
• Plasma

Enlaces externos

• Imagen de un átomo de hidrógeno cambiando desde su estado fundamental a un estado excitado
• Información básica de la NASA sobre los estados fundamental y excitado (en inglés)