As transições eletrônicas entre níveis quânticos é um problema que depende do tempo, da distribuição de carga e da emissão ou absorção de um fóton. Este problema trata sobre esse assunto.
Considere um elétron confinado na direção (átomo 1D), e que pode ocupar o nivel de energia ou o nivel de energia , .
(a) Calcule a distribuição de carga para o átomo não excitado. Explique porquê o elétron não emite um fotón.
Passo 1
Vamos lá! O enunciado fala sobre transições eletrônicas entre níveis quânticos, especificamente em um átomo 1D onde um elétron pode estar no nível de energia ou . A matéria que vamos utilizar aqui é a mecânica quântica, focando nos níveis de energia e nas distribuições de carga eletrônica. Para resolver esse exercício, precisamos calcular a distribuição de carga do elétron no estado não excitado (quando está no nível ) e entender por que, nesse estado, o elétron não emite um fóton.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a distribuição de carga para o átomo não excitado, ou seja, quando o elétron está no nível de energia . A distribuição de carga é dada pelo quadrado da função de onda :
A função de onda descreve a probabilidade de encontrar o elétron em uma posição no átomo.
Passo 3
Vamos supor que a função de onda para o nível de um átomo 1D é dada por uma função senoidal, por exemplo:
onde é a largura da região de confinamento.
Passo 4
Agora, calculamos a distribuição de carga :
Isso nos dá a probabilidade de encontrar o elétron em cada posição no nível .
Passo 5
Para entender por que o elétron não emite um fóton nesse estado, precisamos considerar a estabilidade do estado fundamental . De acordo com a mecânica quântica, o elétron no estado fundamental não tem energia suficiente para fazer uma transição para um estado de menor energia, pois já é o nível mínimo. Como não há uma transição para um nível inferior, não há emissão de fóton.
Além disso, a distribuição de carga simétrica e a ausência de movimentos acelerados do elétron no estado fundamental também impedem a emissão de radiação eletromagnética.
Resposta
A distribuição de carga para o átomo não excitado é . O elétron não emite um fóton nesse estado porque está no nível de energia fundamental, não havendo transição para um nível inferior.