Qu'est-ce qu'un état excité?
En physique, un système est dit excité s'il se trouve à un niveau d'énergie supérieur à son niveau d'énergie de base, ou état fondamental. Le «système» peut être un atome, une molécule, un ion ou une autre particule. Lorsque le système absorbe de l'énergie, il passe dans un état excité et lorsqu'il émet de l'énergie, il retourne à un état fondamental. Les électrons contenus dans un atome, par exemple, existent dans leur état fondamental jusqu'à ce qu'ils absorbent de l'énergie qui les amène à passer à une énergie orbitale supérieure. Lorsque cela se produit, on dirait alors que l'électron se trouve dans un état excité.
Les électrons, en tant que particules chargées négativement, sont maintenus par les forces électromagnétiques des protons chargés positivement dans le noyau d'un atome. Ils entourent le noyau de plusieurs orbitales atomiques, chacune correspondant à un niveau d'énergie discret. Chaque orbite autour du noyau de l’atome, conceptualisée comme une couche d’électrons, ne peut contenir qu’un certain nombre d’électrons. Les niveaux d'énergie les plus bas ont tendance à être remplis en premier. Lorsqu'une coquille donnée est remplie, un état d'énergie plus élevé commence à se peupler.
Il est possible qu'un électron passe à un niveau d'énergie supérieur avant que ce niveau ne soit peuplé, mais cela nécessite de l'énergie provenant de l'extérieur du système. Cette énergie peut prendre la forme d'un photon, de l'unité de base de la lumière et d'autres rayonnements électromagnétiques. Lorsqu'un photon frappe l'atome, l'énergie propulse l'électron dans un niveau d'énergie supérieur.
Un électron nécessite plus d’énergie pour passer du premier au deuxième niveau d’énergie. En effet, la force d'attraction du champ électrique du noyau est la plus forte près du noyau et diminue avec la distance. Les électrons situés à la limite du champ électrique, loin du noyau, peuvent être excités au point de se libérer complètement de l'atome. Lorsque cela se produit, l’atome perd cette unité de charge négative et s’ionise - en d’autres termes, il n’est plus chargé de manière neutre, mais devient au contraire un ion chargé positivement.
L'état excité est souvent bref. Après avoir sauté à un niveau d'énergie supérieur, un électron émettra généralement un photon ou un phonon - une unité de lumière ou de chaleur - pour revenir à son état fondamental. Cela peut se produire naturellement, par émission spontanée, ou artificiellement, par émission stimulée. Dans de rares cas, l'état excité est conservé plus longtemps dans un atome, ce qui modifie ses propriétés chimiques.
De nombreux dispositifs produisant de la lumière sont conçus pour exciter les électrons afin de générer des photons par émission spontanée ou stimulée. Les lasers, par exemple, fonctionnent à travers l'émission stimulée. Les tubes fluorescents et les tubes à rayons cathodiques utilisent l'émission spontanée pour produire de la lumière.