基底状態と励起状態の比較について

質問

基底状態に比べて励起状態は反応性に富んでいると学びましたが、理由がいまいちわかりません。
もしよろしければ教えて下さい。
お願いいたします。

回答No.2

cocksan · ベストアンサー

>基底状態に比べて励起状態は反応性に富んでいる
この表現は定性的なものなので、例えて言うなら
「満潮時よりも干潮時の方が水位が低い」
みたいなものです。
具体的に満潮時の水位がどれくらいで、
干潮時の水位がどれくらいかは言わないけれど
その性質としてどうだと述べている程度のことです。

>「イオン化ポテンシャル」「電子親和力」「分子軌道」
という記述から判断してたぶん無機化学の話をしてい
るんだろうなと想像はつくので、化学の方でそれぞれ
について聞いてみるのが良いかもしれません。

Na → Na+ ＋ e-
Cl ＋ e- → Cl-
のNa+、Cl-は励起状態とは言わないはず。
（Cl-はエネルギー減ってるし・・・）

分子軌道の方は励起状態と関係あるね。
でも、軌道がややこしいので水素原子で話をすると
水素原子は中心に1個陽子があってその周りに電子が
1個回っています。

電子軌道が軌道が1s,2s,2p,3s,3p,3d・・・・
(数字がエネルギー準位,アルファベットが軌道の種類）
とあって、一番下のエネルギー準位nが
n=1のときが基底状態でn=2,3,4…のときが励起状態。
それぞれのエネルギー準位のエネルギーEnは
En＝-13.6[eV]/n^2
これでいくと
E1<E2<E3<E4・・・・・・
とエネルギー準位が高いほどエネルギーは高い。
エネルギーが負なのは基準をどこにとるかだけの問題なので
気にしないで。

要するに、電子が一番下にエネルギー準位にいるのが
基底状態で、それ以外のところにいるのが励起状態。
もちろん分子の場合電子は1個じゃないから下から順に
詰めて行ってという話になるだろうけれど。
そして、基底状態が一番エネルギーが低く、
励起状態は基底状態よりもエネルギーが高い。
これで本質的には間違っていないと思います。

エネルギーが低い方が安定なので
水素原子の場合、光というエネルギーを放出して、
励起状態から基底状態に戻ります。

分子の場合、このエネルギーが何かしらの反応に
必要なエネルギーに使えるから基底状態の分子よりも
反応を起こしやすいって理解で良いんじゃないでしょうか。

回答No.1

cocksan

簡単に言うと、基底状態の粒子のエネルギーEg
励起状態のエネルギーEeとすると、一般的に
Eg＜Eeなので、ΔE＝Ee－Egだけ基底状態より
エネルギーを持っているわけです。
このΔEのエネルギー分だけ反応しやすいってこと
なんですが。

ちょっと違うかもしれないけど例を
スチールウールを加熱すると赤くなってものすごい
勢いで酸化されていきますよね。常温で放置してい
るよりもかなり激しく。

この場合、
常温の状態≒基底状態
加熱されてエネルギーを得た状態≒励起状態
と考えれば、励起状態になることによって
酸化という反応を起こしやすくなったと考えると、
反応性に富んでいる＝反応しやすい
ということが理解できるのではないでしょうか。

化学の反応では反応にはしきい値があって、
エネルギーがそれ以上にならないと反応が
起こらないとか言うのがあったハズ。
ΔEの分だけ基底状態よりも励起状態の方が
このしきい値が超えやすい。
→反応が起こりやすい＝反応性に富んでいる

ということではないでしょうか。

お礼

早くもありがとうございます、すごいです！
知識がある方とお見受けしました。
授業のノートを見返してみると「イオン化ポテンシャル」「電子親和力」「分子軌道」とメモしたのを思い出すのですが、これらで説明できるのでしょうか。。う～ん、ボーっとしていて聞いていませんでした。
なかなか私には難しいです^^;