Zobrazení zdroje stránky Excitace

[[Soubor:Electron_excitation.png|náhled|336x336pixelů|Excitace elektronu fotonem nebo srážkou]]
'''Excitace''' (neboli '''vybuzení''') je [[Fyzika|fyzikální]] proces, při kterém dochází k přechodu základního [[Energie|energetického]] stavu [[Atom|atomu]], [[Molekula|molekuly]] či [[Ion|iontu]] do stavu s vyšší energetickou hladinou. Excitovaná částice se pak nachází v [[Excitovaný stav|excitovaném stavu]]. Platí, že nestabilita systému je tím větší, čím větší je jeho excitace, protože každý systém se snaží být ve stavu s nejnižší možnou energií, tedy v základním stavu.

Excitace může být způsobena například nárazem, [[Absorpce|absorpcí]] [[Teplo|tepla]] nebo absorpcí [[Foton|fotonu]]. To způsobí přenos elektronu ze základního stavu v [[Elektronový obal|elektronovém obalu]] atomu na vyšší energetickou hladinu. Elektron je pak v excitovaném stavu, ale stále zůstává součástí atomu.

Opakem excitace je [[deexcitace]], kdy se excitovaný elektron vrátí zpět do stavu s nižší energií. To je doprovázeno [[Spontánní emise|spontánní emisí]] fotonu nebo přenosem energie na jinou částici. Uvolněná energie se rovná rozdílu energetických hladin excitovaného elektronu a elektronu v základním stavu.

== Příčiny excitace ==
[[Soubor:Photon-absorption-in-a-molecule-1.png|náhled|174x174pixelů|Základní stav elektronu (elektron je označen šipkou a nachází se v orbitalu 1)]]
Excitace elektronů může mít několik příčin. Mezi ty základní patří:

* Excitace srážkou, při které dochází ke srážce s elektrony s vyšší energií. Jestliže se volný elektron (řidčeji ion nebo neutrální atom) přiblíží do těsné blízkosti atomu, předá mu část své [[Kinetická energie|kinetické energie]]. Jestliže předaná energie odpovídá přesně rozdílu dvou energetických hladin, vázaný elektron přeskočí z nižší hladiny na vyšší. Výsledkem je excitovaný atom a pomalejší pohyb narážejícího elektronu.[[Soubor:Photon-absorption-in-a-molecule-2.png|náhled|175x175pixelů|Pohlcení fotonu elektronem]]
* Excitace zářením, při které dochází k absorpci (pohlcení) fotonu. Energie fotonu se opět musí rovnat energii potřebné pro přeskok elektronu z nižší na vyšší hladinu.
* Excitace teplotou se týká především [[Plyn|plynů]] a [[Plazma|plazmatu]] ([[Hvězda|hvězdy]], [[Mlhovina|mlhoviny]]), v nichž není termodynamická rovnováha. Excitaci atomů ve stavu termodynamické rovnováhy vyjadřuje kvantitativně [[Boltzmannova rovnice]].
* [[Soubor:Photon-absorption-in-a-molecule-3.png|náhled|161x161pixelů|Excitovaný stav elektronu (elektron je označen šipkou a nachází se v orbitalu 2)]]Excitace rekombinací, kdy dochází k zachycení volného elektronu kladným [[Ion|iontem]]. Je to opačný proces k [[Ionizace|ionizaci]].

== Pravidla excitace ==
Existuje několik pravidel pro přechod elektronu do excitovaného stavu, která jsou známá jako pravidla výběru:

* Elektron musí absorbovat takové množství energie, které odpovídá energetickému rozdílu mezi jeho aktuální energetickou hladinou a neobsazenou vyšší energetickou hladinou.
* Frankův-Condonův princip říká, že absorpce fotonu elektronem a následný skok mezi energetickými hladinami je téměř okamžitý. Naopak [[atomové jádro]], kolem kterého se elektron pohybuje, se nemůže přizpůsobit změně polohy elektronu ve stejném čase a může tak být uvedeno do vibračního stavu.
* Laporteho pravidlo říká, že dva energetické stavy, mezi nimiž elektron přechází, musí mít odlišnou [[Symetrie|symetrii]].
* Pravidlo zachování spinu říká, že při excitaci elektronu musí být zachován [[Spinové stavy d elektronů|spinový]] stav atomu nebo molekuly.
* Za určitých okolností mohou být některá pravidla výběru porušena a excitované elektrony mohou provádět zakázané přechody. [[Spektrální čára|Spektrální čáry]] spojené s takovými přechody jsou známé jako zakázané čáry.

== Excitace a chemická vazba ==
[[Soubor:Atomic_orbital_energy_levels_de.svg|náhled|Energetické hladiny atomových orbitalů. Číslo odpovídá energetické hladině, písmeno odpovídá orbitalu.]]
Pro zahájení [[Chemická reakce|chemické reakce]] je třeba, aby reagující látky překonaly určitou energetickou bariéru, které se říká [[aktivační energie]] ''E<sub>A</sub>''. Po dodání této energie přecházejí [[Valenční elektron|valenční elektrony]] atomu do [[Excitovaný stav|excitovaného stavu]], tedy do energeticky bohatších hladin. Atom v excitovaném stavu není stabilní, buď přejde zpět do základního stavu nebo se může zúčastnit reakce za vzniku [[Chemická vazba|chemické vazby]], která je pro něj energeticky výhodná.

Například [[elektronová konfigurace]] excitovaného stavu atomu [[Uhlík|uhlíku]] C vysvětluje, proč vstupuje do chemických reakcí se 4 excitovanými elektrony a vytváří ve sloučeninách 4 chemické vazby. Obsahuje totiž 4 excitované elektrony -  1 nespárovaný valenční elektron v orbitalu 2s a 3 nespárované valenční elektrony v orbitalu 2p. Tyto elektrony jsou navíc rovnocenné, neboť po excitaci dojde k energetickému sjednocení orbitalů - [[Hybridizace orbitalů|hybridizaci orbitalů]].
{| class="wikitable"
! colspan="3" |Excitace atomu uhlíku C a hybridizace jeho sp<sup>3</sup> orbitalů
|-
|Výchozí stav atomu C
|<math>C\quad
  \frac{\uparrow\downarrow}{1s}\;
  \frac{\uparrow\downarrow}{2s}\;
  \frac{\uparrow\,}{2p_x}\;
  \frac{\uparrow\,}{2p_y}\;
  \frac{\,\,}{2p_z}
</math>
|Ve výchozím stavu má atom C pouze 2 nepárové elektrony.
|-
|Excitovaný stav atomu C
|<math>
C^{*}\quad
\frac{\uparrow\downarrow}{1s}\;
\frac{\uparrow\,}{2s}\;
\frac{\uparrow\,}{2p_x}
\frac{\uparrow\,}{2p_y}
\frac{\uparrow\,}{2p_z}
</math>
|Pohlcením energie přejde elektron z orbitalu ''2s'' do energeticky vyššího orbitalu ''2p''.
|-
|Hybridizovaný stav atomu C
|<math>
C^{*}\quad
\frac{\uparrow\downarrow}{1s}\;
\frac{\uparrow\,}{sp^3}\;
\frac{\uparrow\,}{sp^3}
\frac{\uparrow\,}{sp^3}
\frac{\uparrow\,}{sp^3}
</math>
|Energie orbitalů ''2s'' a ''2p'' je blízká a dovoluje sjednocení – hybridizaci. Místo jednoho orbitalu ''s'' a tří orbitalů ''p'' vznikají čtyři ''sp³'' hybridní orbitaly.
|}

== Projevy excitace ==
Excitace se může ve hmotě projevit mnoha způsoby:

* V [[Mikroskopický|mikroskopickém]] měřítku například u [[Plyn|plynů]] dochází ke zvýšení [[Střední kvadratická rychlost|střední kvadratické rychlosti]] částic nebo u atomů samotných dochází k přeskoku [[Elektron|elektronů]] mezi [[Energetická hladina|energetickými hladinami]] obalu atomu.
* V [[Makroskopické těleso|makroskopickém]] měřítku způsobuje excitace zvýšení [[vnitřní energie]] dané hmoty.
* Excitace elektronů v plynných látkách se silně liší od excitace v pevných látkách, kvůli odlišné povaze elektronických úrovní a strukturních vlastností některých pevných látek.
* V polovodičové krystalové mřížce je tepelná excitace proces, při kterém vibrace mřížky poskytují dostatek energie k přenosu elektronů do vyššího energetického pásma.  
* Excitace je například klíčová pro funkci [[Laser|laseru]]. Elektrony excitované na vyšší hladiny se následně vracejí a energie, která jim byla dodána, se zpětně uvolňuje ve formě fotonů.
* Zvláštní formou excitace je tvorba [[Antihmota|antihmoty]].

== Související články ==

* [[Elektromagnetické záření]]
* [[Elektron]]
* [[Atomový orbital]]
* [[Model atomu]]
* [[Molekula]]

== Reference ==
{{Překlad|jazyk=de|článek=Charakteristische Röntgenstrahlung|revize=224280107|jazyk2=en|článek2=Electron excitation|revize2=1136359710}}
* {{Citace monografie | titul = Technický slovník naučný | vydavatel = Encyklopedický dům | místo = Praha | isbn = 80-86044-18-1}}
{{Autoritní data}}

{{Portály|Fyzika}}

[[Kategorie:Kvantová fyzika]]