光子被原子吸收之后,电子Energy Level要回到Ground State,可是也不见它把光子原原本本吐出来。

我是在米国上当学的,可是英文有点苦B,大一日子很艰难。所以打算经常来果壳,算是请免费老师了。

最近在化学课上学了 特定频率的光子被原子吸收之后,电子会跳跃到Excited State去。可是我没有弄明白这个能量是如何转化的。

因为如果要从Excited State下降到Ground State书上说是要吐出来光子。可是如果能量真的原原本本地吐出来了,那物质不就是无法从光线中吸收能量了?受到光照的物体的热量是可以增加的,这个电子的能级肯定是有变化的,而且好像被晒热的物体都是会散发红外线的。也就是说,光子被吸收之后,被吐出来的频率改变了。这部分是因为电子回归Ground State的时候的轨道跨度比吸收的光子造成的小吗?

换个说法,比如高频率的紫外线提供很高的能量,然后一下跳过了好几层Energy Level,但是回归Ground State的时候却不是一次跳那么多层?所以散发出来的频率也就小多了?但是我记得物体发热的时候,里边的分子是出于震动状态的,如果能量真的全吐出去就不可能变热了,那么物质表面吸收的光子是如何转化成能量在内部传递的?是电子在分子间干这种事吗?

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6个答案
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能量可以不全吐出去。也就是说吸收的光子和辐射的光子能量可以有区别。

原子的情况简单一些,除了电子能级外,还有原子本身的动能。同一个原子的ground state和excited state的能量间隔,在不同速度的情况下。从不同的坐标系去观测会有区别,其实就是多普勒频移。频移正比于kv,k是光的波矢,v是原子速度。kv再乘上普朗克常数就是能量移动。激光冷却原子中的“多普勒冷却”技术就基于这个原理,让辐射出的光子能量稍大于吸收的光子。

分子和凝聚态物质(固体,液体),能及结构复杂很多。分子会在电子能级基础上附加一堆转动和振动能级。ground state也一样,密密麻麻一堆energy level。一般电子能级的频率间隔多是可见光和紫外波段,但是分子振动能级一般在红外波段,转动能级一般在微波波段。这时候对分子来说,如果吸收的光子和辐射的光子能量一样才是小概率事件,大多数电子都跃迁回和原来基态不一样的level上,这时候辐射出的光子和吸收的光子差个红外线频率很正常,这也是拉曼光谱的原理。

凝聚态里面,能级更多,都混合成能带了,而且还包含声子模式。甚至可以把一个光子吞掉不吐出来,就是光能直接转化成晶格振动能量或者热能等等,固体里面有布里渊散射等等。

我可以负责任地告诉你,绝大部分化学老师讲不明白以上这些跟量子力学有关的知识。你必须要去问物理老师,或者你至少要去问做物理化学方向的化学老师。

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芒果罐头狸物理化学专业博士

2012-09-29 11:55

高能级原子除了跃迁回较低能级放出光子意外,还可能发生弛豫,将原子电子能级的能量传给振转能级,缓慢地放出能量,这种过程常伴随的是放热效应。

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观星人无机化学博士生,天文爱好者

2012-10-03 05:46
支持者: 慕容苏 布欧

光子在被吸收后电子不一定刚好上到写一个电子能级对应的振动基态,这时电子要先弛豫到振动基态(这个过程很快,比emission快很多),所以这部分能量就耗散给了整个分子。可以参考阅读荧光过程中的Stokes效应

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支持者: Desmond9891 慕容苏

原子分子不只是有电子能级,电子跃迁的辐射频率一般比较高,红外辐射一般是分子振动转动辐射的
本来就不能和以前一样,由于分子的质量有限,辐射时会有反冲动量,会使光子频率稍稍降低
反正光子是可以直接产生的不用守恒…

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光子模型只是环境记录方式我记得。能级跃迁要限定在物性限定内,设物性稳定,那么跃迁就是环境过渡相。这是我小时候做光催化的记忆,不知道现在适用吗?

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当然是电子干的罗。如果你想想光子被原子吸收后去了哪里 (以什么形式存在),会不会觉得更有趣?X4 理论 (四维空间物理)认为它转变为电子一部分。进多出少,人就那么干,,,人也是自然的产物。。。

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