O que é um estado excitado?

Na física, diz-se que um sistema está em um estado excitado se estiver em um nível de energia mais alto que o nível de energia da linha de base, ou estado fundamental. O "sistema" pode ser um átomo, molécula, íon ou outra partícula. Quando o sistema absorve energia, ele transita para um estado excitado e, quando emite energia, volta ao estado fundamental. Os elétrons em um átomo, por exemplo, existem em seu estado fundamental até absorver a energia que os leva a saltar para um orbital de energia mais alta. Quando isso ocorre, é dito que o elétron está excitado.

Os elétrons, como partículas carregadas negativamente, são mantidos nos prótons carregados positivamente no núcleo de um átomo através da força eletromagnética. Eles cercam o núcleo em vários orbitais atômicos, cada um dos quais corresponde a um nível de energia discreto. Cada órbita ao redor do núcleo atômico, conceitualizada como uma camada de elétrons, pode conter apenas um certo número de elétrons. Os níveis mais baixos de energia tendem a ser preenchidos primeiro. Quando uma concha é preenchida, um estado de energia mais alto começará a ser preenchido.

É possível que um elétron salte para um nível de energia mais alto antes que esse nível seja preenchido, mas isso requer energia de fora do sistema. Essa energia pode vir na forma de um fóton, a unidade básica de luz e outras radiações eletromagnéticas. Quando um fóton atinge o átomo, a energia impulsiona o elétron para um nível de energia mais alto.

Um elétron requer mais energia para saltar do primeiro nível de energia para o segundo do que do segundo para o terceiro. Isso ocorre porque a força atrativa do campo elétrico do núcleo é mais forte perto do núcleo e diminui com a distância. Os elétrons na periferia do campo elétrico, longe do núcleo, podem ser excitados a ponto de se libertarem completamente do átomo. Quando isso acontece, o átomo perde essa unidade de carga negativa e fica ionizado - em outras palavras, não é mais neutro, mas, ao contrário, torna-se um íon carregado positivamente.

O estado excitado é geralmente breve. Depois de saltar para um nível de energia mais alto, um elétron normalmente emitirá um fóton ou fônon - uma unidade de luz ou calor - para retornar ao seu estado fundamental. Isso pode acontecer naturalmente, por emissão espontânea ou artificialmente, por emissão estimulada. Em casos raros, o estado excitado é preservado por mais tempo em um átomo, modificando suas propriedades químicas.

Muitos dispositivos produtores de luz são projetados para excitar elétrons para gerar fótons através de emissão espontânea ou estimulada. Os lasers, por exemplo, funcionam através da emissão estimulada. Tubos fluorescentes e tubos de raios catódicos usam emissão espontânea para produzir luz.