励起状態→基底状態

質問

こんばんは。

　質問です。日焼け止めクリームは紫外線を吸収する物質が含まれていて、それで、日焼け止め効果があるんですよね！？
　それで、紫外線を吸収すると、含まれている物質は励起状態になりますよね。そのエネルギーはどのように放出されるのですか？？光子として放出しているのですか？？でも、光ってませんよね！？それは、紫外線がそれほど多くないので、放出される光子も少なく、光って見えないだけなのでしょうか？？それとも、放出される光子が非可視光線なので見えないのですか？？それとも、別の方法でエネルギーを放出しているのですか？？

　それと、電子レンジの2.45GHzのマイクロ波は水分子を振動させますよね。どうして水分子は振動するのですか？？普通、電磁波をあてて、ある物質を励起状態にすると、振動するものなんですか？？電磁波の持つエネルギー量によって、物質を振動させたり、光子を放出させたり、するのですか？？

　ご回答お願いします。

回答No.3

leo-ultra · ベストアンサー

光励起された物質の励起状態が熱平衡状態ではないので、なんらかの手段でエネルギーを放出して、基底状態に戻ります。
エネルギーを放出する過程として「輻射過程」と「無輻射過程」に分けられると言われています。「輻射過程」というのは光を放出する過程です。「無輻射過程」は光を放出しない過程の総称です。具体的には、フォノンをいくつも放出して熱に変わる過程や、なんらかのエネルギー移動で光を吸収した物質以外へエネルギーが流れる過程などです。

日焼け止めクリームではたぶん「無輻射過程」が支配的なのでしょう。ひょっとすると日焼け止めクリームは紫外光を吸収する成分と吸収したエネルギーを効率的に無輻射させる成分とからなっているかもしれません。

お礼

よく分かりました！！基底状態に戻るのにも、色々な方法があるのですね。
　ご回答ありがとうございました。また何かの時は、お願いします。では。

回答No.2

metzner

UVカットのクリームの成分など詳しいことは知らないでのすごく一般的なことを書きます。

質問内容のイメージで考えようとすると、量子力学的に考える必要があると思います。
まず励起状態がどのように変化していくかという問題を
一般的に解くことは難しい問題だと思います。
ここでは近似的(摂動的)に考えます。励起状態から光を出すか、格子(原子核)の振動になるかは、量子力学的にはどちらの可能性もあると言えます。もちろん量的なことが重要でそれは、その状態間の行列要素を考えて議論する必要があります。エネルギー的に共鳴するだけでなく、行列要素も考えないと、どの状態に一番よく遷移するかを答えることは困難かと思います。具体的な系をある程度定めないと、励起状態がどちらにどうなるかを答えるのは困難だと思います。また具体的な物質を指定されても、量的評価には具体的な計算が必要な場合もあるので、分りやすい説明というのは難しいかもしれません。対称性のみで結論が下せたりする場合はある程度
納得できる奇麗な説明が存在する可能性があります。
以上が質問に答える枠組みだと思われます。水はどうかということですが、それについて回答できる知識は私にはありません。ただ電磁波の強さで振舞が変ることは十分ありえることは近似論(摂動論)からも分ります。

お礼

分かりやすい説明ありがとうございます。概要はよく分かりました。
　ご回答ありがとうございました。ではでは。

回答No.1

chiezo2005

紫外線を吸収する物質は吸収して電子は励起状態に移りますが，最終的にPhononとの散乱を繰り返して最後は熱エネルギーに変化します。
（日焼け止めクリームには詳しくないので，もしかすると反射を利用しているかも知れません。上記コメントは吸収材料の場合です。）

2.45GHzでの電子レンジのほうは水分子の本来の振動周波数はTHｚのオーダで直接振動励起させているわけでは在りません。

この周波数の電磁波を水に当てると水の分極が完全に
同相で応答できずに遅れが生じます。つまり誘電率に虚数部分が生じます。これにより加熱（分子振動）が起こります。誘電損失を用いた加熱方法です。

お礼

ご回答ありがとうございました。

　光子を放出するわけではないのですね。音子で、熱エネルギーですか。分かりました。それでは。