• ベストアンサー
  • 暇なときにでも

励起状態→基底状態

 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。

共感・応援の気持ちを伝えよう!

  • 回答数3
  • 閲覧数1333
  • ありがとう数3

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • 回答No.3

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。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からのお礼

 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。

その他の回答 (2)

  • 回答No.2
  • metzner
  • ベストアンサー率60% (69/114)

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。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からのお礼

 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

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。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からのお礼

 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。

関連するQ&A

  • 基底状態と励起状態について

    基底状態にエネルギーを与えて、励起状態になる過程で回転や振動のような運動が起こるのでしょうか。それとも、励起状態からエネルギーを放出し、基底状態に戻る過程で回転や振動のような運動がおこるのでしょうか。

  • 励起状態について

    励起状態になれる電子は最外殻電子だけですか?またそれぞれの物質により軌道のエネルギーの差は違うのですか?

  • 励起状態への遷移について

    レーザー媒質が励起状態から自然放出によって基底状態にもどる原子の様子はexp(-t/τ)の形になりますが、逆に吸収によって励起される場合(励起強度Pをt<0でP=0、t>=0でP=P0とする)、その遷移過程は同じくexpの形になるのですか。

  • 原子の励起エネルギーについて

    「基底状態の原子に「原子の励起エネルギーE1」と同じエネルギーの光子をあてると(又は何らかのことを施すと)、その原子は、基底状態から励起状態になり、その後(平均寿命で?)、エネルギーE2=h・ν2(=E1?)の光子を放出して、基底状態に戻る」、というような現象があるかと思います。 質問(1) 原子が励起状態から基底状態に戻るときに(戻ることにより)原子から放出される光子のエネルギーE2=h・ν2は、 (A):地面からの高さ(重力の強弱)によって異なるのでしょうか? (B):あるいは、地面からの高さ(重力の強弱)によらず同じなのでしょうか? 質問(2) 「原子が励起状態から基底状態に戻るときに原子から放出される光子のエネルギーE2=h・ν2が、地面からの高さによって異なる」場合(質問(1)で(A)の場合)、それは、 (D):原子の励起エネルギーE1が重力の強弱によって違うため(E1=E2なので、E1が違うとE2も違うことになるため)?、 (E):放出される光子のエネルギーE2が重力によるドップラー効果の影響を受けるため?、 (F):(D)と(E)の両方のため?、 (G):その他のため?、 なのでしょうか? 質問(3) 質問(2)で(D)(又は(E))の場合、 (H):「原子の励起エネルギーE1」≠「原子が励起状態から基底状態に戻るときに放出される光子のエネルギーE2」になるのでしょうか?、 ( I ):あるいは、その他のことになるのでしょうか? 知っている方がおられたら、教えていただけると、ありがたいです。 (何かおかしなことをいっている、意味不明の場合は、無視してください。「分かっていれば、質問しない」→「質問しているというこは、よくわかっていない」ということで、ご容赦ください。) よろしく、おねがいします。

  • 近赤外線で励起する化学物質ってあります?

    普通の化学物質って、紫外線や可視光線で励起するんですよね。 例えば、硫酸銅水溶液は黄色の光で励起するから 青の光が通過して青く見えるとか。 こんな感じで、近赤外線を吸収する物質ってありますか? (メジャーではない物質はいいです)

  • 希ガスの黒体放射

    黒体放射についての質問です。あらゆる物質はその温度に応じて電磁波を放出しているという言葉をよく目にすることがあります。 (1) これは、物質を熱するといわゆる振動や回転などの状態が励起され、電磁波を放出するということなのでしょうか。 電磁波を出すには、励起状態から基底状態への遷移が必要になってくると思います。しかし、ヘリウムやアルゴンなどの希ガスは単原子分子であり、極めて安定な分子であり、赤外不活性です。そうなると、電磁波を吸収したり、放出するエネルギー準位が、電子状態ぐらいしか存在しません。 (2) 常温で希ガスの放射スペクトルを観測すると、どの波長の電磁波が観測されるのでしょうか。その温度に応じた黒体放射が観測されると思いますか。 (3) 電磁波を吸収・放出するためには、離散化されたエネルギー準位が必要と思われます。しかし、ヘリウムやアルゴンなどの単原子分子の場合、振動、回転といったモードは考えづらく、かといって並進運動はエネルギー準位が非常に小さいために、電磁波として放出される波長は検出できないくらいの長い波長になってしまうのでしょうか。また、それはドブロイ波になるということでしょうか。 (4) 黒体放射の電磁波は並進エネルギーからも出ているのでしょうか?並進運動は、直接、電磁波を吸収したり、放出したりすることはできるのでしょうか。

  • 金属を電子レンジに入れると…

     お恥ずかしいですが、金属を電子レンジに入れるのはいけない、ということは知っています。でも、具体的にどういう現象が起こるのか、が分かりません。  大学で物理化学を習いましたが、電磁波と物質が受けるエネルギーの対応、というところで、波長(または周波数)の順に、 ●紫外線・可視光線→電子エネルギー ●赤外線→振動エネルギー ●マイクロ波→回転エネルギー と、習いました。電子レンジはマイクロ波ですよね。金属が、回転エネルギーの作用を受けて、一体どういうことが起こるのだろう、というところまで考えはたどりつきましたが、そこから先が進みません。どなたか、分かりやすく解説していただけないでしょうか。よろしくお願いします。

  • 原子の励起

     電圧をかけて高エネルギーを持たせた電子が水素原子の電子にぶつかると,水素原子の電子はエネルギーを得て,軌道が外側に遷移しますよね。そして,水素原子が励起状態になって,そのままでは不安定なので,安定な状態に戻る(より内側の軌道に戻る)過程でそのエネルギー差に応じた光子が出ますよね。  この軌道はn=1,n=2,n=3, …ですよね。それと,水素の電子はK殻にありますよね。ということは,n=1, n=2, …, n=∞の軌道はK殻の中にあるいうことですか??  それと,いっぱい電子を持っている原子が励起状態になると,最外電子殻の電子(たち)のみが外側の軌道に遷移するのですか??  教えてください<(__)>

  • 励起発光の仕組みは?

    原子が励起光によって発光する場合、 具体的にはその原子のもつ電子が励起光を吸収して励起し、 高軌道に登り、すぐ元の軌道に落ちる時にその落差分の エネルギーを蛍光として放出する。  では、原子でなく蛍光色素という物質の場合は、励起光 を吸収するのは、どの電子なのか?それとも分子全体? そしてその後、どうやって蛍光を出すのか?  ご存じの方、よろしくお願い致します。

  • 紫外・可視領域の分子の吸収スペクトルについて

    「紫外・可視領域の分子の吸収スペクトルが幅広になる理由を述べなさい」という問題について、ご教授願います。 講義の内容や、文献をあたった結果から以下のように自分なりに考えました。 「分子が紫外線や可視光を吸収すると基底状態にあった電子が励起され励起状態となる。このときのエネルギー差に相当するエネルギーを持った波長の光が吸収されスペクトルとなる。しかし、分子の持つエネルギーはほかに、振動エネルギーや回転エネルギーなどがあるため、実際に吸収するエネルギーの値は一定ではなく幅を持ったものとなる。このため、吸収される光の波長にも幅が生まれ結果としてスペクトルに幅が生まれる。」 この内容について、合っているか間違っているかを教えて頂きたいのが1点目の質問です。 そして、課題のヒントとして 「分子の基底状態は振動により核間距離に幅がある。フランクコンドンの原理にあるように吸収は核間距離を変化させずに起こる。基底状態から励起状態に遷移するためには励起状態に存在を許容する準位がなければならない。といったことを考えよ」 というものが与えられたのですが、これをどのように考えたらいいのかがわかりません。これが2点目の質問です。 以上の2点について、考え方の方向性やヒントを示していただけるだけでも構いませんので、ご解答をお願いします。