Weg, den das Elektron nimmt, das in den Grundzustand zurückkehrt

„Pfad“ ist hier vielleicht ein irreführendes Wort. Pfad bedeutet typischerweise einen physikalischen Pfad durch den Raum – eine Trajektorie. Sie können Pfad im Zusammenhang mit einem Pfad durch eine Folge von Energiezuständen verwenden und darüber sprechen, in welchen Energiezuständen sich ein Elektron in welcher Reihenfolge befindet, aber Sie müssen den Kontext herstellen, um das Wort so zu verwenden, bevor Sie es verwenden.

Zurück zur eigentlichen Frage: Was bestimmt, wie viele Photonen emittiert werden? Es ist zufällig.

Stellen Sie sich ein einfaches System vor, in dem ein Elektron drei Energiezustände haben kann, von denen der niedrigste ist$E_{0}$, Dann$E_{1}$Und$E_{2}$. Ein Elektron im Zustand$E_{2}$kann entweder direkt zu wechseln$E_{0}$wo ein Photon emittiert wird$h\nu=E_{2}-E_{0}$, oder es kann zu übergehen$E_{1}$und dann$E_{0}$, die zwei Photonen (von Energie$E_{2}-E_{1}$Und$E_{1}-E_{0}$).

Für jeden möglichen Übergang können Übergangswahrscheinlichkeiten pro Zeiteinheit berechnet werden. Es wird also in jedem gegebenen Zeitraum eine gewisse Wahrscheinlichkeit geben$p_{20}$dass das Elektron in den Zustand fällt$E_{0}$und eine Wahrscheinlichkeit$p_{21}$dass das Elektron in den Zustand fällt$E_{1}$. Und natürlich eine Wahrscheinlichkeit, dass es in seinem jetzigen Zustand bleibt.

Sobald diese Wahrscheinlichkeiten berechnet wurden, können Sie herausfinden, wie oft ein Elektron in den Grundzustand zurückkehrt, indem es ein einzelnes Photon emittiert, im Vergleich zu zwei Photonen (in unserem einfachen System). Aber es gibt nichts Deterministisches, um zu sagen, welcher Pfad genommen wird (sehen Sie, jetzt können wir Pfad verwenden, ohne dass jemand darüber streitet, was es bedeutet ... :) ). Es ist völlig zufällig. Alles, was wir tun können, ist herauszufinden, welche Wahrscheinlichkeiten es gibt.

Es kann sein, dass es überhaupt keinen bestimmten Weg nimmt.

Einige Übergänge können aufgrund des unterschiedlichen Drehimpulses der Zustände stark verboten sein. Sie können aber auch Doppelphotonenübergänge direkt zwischen zwei Zuständen haben oder mehrere Übergänge haben, bei denen der Endzustand eines Übergangs der Startzustand des anderen ist.

Und wenn Sie diesen letzten Ansatz wählen, könnten Sie eine Reihe von Übergängen zwischen A und D bis Zustand B und eine weitere Reihe von Übergängen zwischen A und D bis C haben, und zusätzlich zur Ausführung der einen oder der anderen Reihe könnte es eine Überlagerung von geben beide.

Tatsächlich passiert etwas Ähnliches in der Photosynthese, wo verschiedene Wege, Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen, konstruktiv interferieren und zusammen effizienter sein können, als es die Summe der beiden Ansätze allein wäre.

Im Allgemeinen ist die elektronische Relaxation eines angeregten Atoms nichts anderes als ein quantenmechanischer Übergang von einem Anfangs- in einen Endzustand. Daher werden Wahrscheinlichkeiten für verschiedene Übergänge (was Sie Pfade genannt haben) durch die Regeln der Quantenmechanik bestimmt.

Das besondere „Gesetz“, das hier gilt, heißt Fermis Goldene Regel. Auf der zugehörigen Hyperphysik- Seite heißt es

Allgemein gesprochen hängt eine Übergangsrate von der Stärke der Kopplung zwischen dem Anfangs- und dem Endzustand eines Systems und von der Anzahl der Möglichkeiten ab, wie der Übergang stattfinden kann (dh der Dichte der Endzustände). In vielen physikalischen Situationen ist die Übergangswahrscheinlichkeit von der Form

OK, meine vorherige Antwort wurde nicht richtig zitiert. Ich versuche, Ihnen eine gute Vorstellung davon zu geben, was vor sich geht, wenn ein Elektron in den Grundzustand zurückkehrt. Dies wird von einer anderen Seite zitiert, wie gesagt, ich möchte Ihnen nur helfen, diesen Prozess mit Elektronenanregung aufzuklären.

http://chem.libretexts.org/Core/Physical_and_Theoretical_Chemistry/Spectroscopy/Electronic_Spectroscopy/Electronic_Spectroscopy%3A_Theory

Sie fragen speziell, was bestimmt, ob sie „direkt“ in den Grundzustand oder Schritt für Schritt gehen.

„Ein angeregtes Molekül kann durch mehrere Kombinationen mechanischer Schritte in den Grundzustand zurückkehren (siehe Bild). Der Deaktivierungsprozess von Fluoreszenz und Phosphoreszenz beinhaltet die Emission einer Photonenstrahlung. Die wackelnden Pfeile sind Deaktivierungsprozesse ohne den Einsatz von Strahlung Der bevorzugte Deaktivierungsprozess ist der Weg, der am schnellsten ist und weniger Zeit im angeregten Zustand verbringt. Wenn die Geschwindigkeitskonstante für die Fluoreszenz im strahlungslosen Weg günstiger ist, ist die Fluoreszenz weniger intensiv oder fehlt.“

Hier sind die verschiedenen Arten der Deaktivierung (wie das Elektron auf dem Bild in den Grundzustand zurückkehrt):

Dies ist hier ein Zitat von der Originalseite nur zu Ihrer Information:

Die Deaktivierung des elektronisch angeregten Zustands ist auch an der Phosphoreszenz beteiligt. Nachdem das Molekül durch Intersystem Crossing in den Triplett-Zustand übergegangen ist, erfolgt eine weitere Deaktivierung durch interne oder externe Fluoreszenz oder Phosphoreszenz. Ein Übergang von einem Triplett zu einem Singulett ist wahrscheinlicher als eine interne Kreuzung von einem Singulett zu einem Singulett. Bei der Phosphoreszenz ist die Lebensdauer des angeregten Zustands umgekehrt proportional zur Wahrscheinlichkeit, dass das Molekül in den Grundzustand zurückkehrt. Da die Lebensdauer des Moleküls im Triplettzustand groß ist (10 –4 bis 10 Sekunden oder mehr), ist ein Übergang weniger wahrscheinlich, was darauf hindeutet, dass er noch einige Zeit andauern wird, selbst nachdem die Bestrahlung aufgehört hat. Da die externe und interne Umwandlung so effektiv mit der Phosphoreszenz konkurrieren,