¿Un átomo neutro de carbono cambia su configuración electrónica cuando cambia la temperatura?

De acuerdo con la Base de datos de espectros atómicos NIST, el estado fundamental del átomo de carbono neutro es el término ³P que surge de la configuración 2s²2p².

El siguiente estado excitado son los términos ¹D y ¹S, pero surgen de la misma configuración 2s²2p², por lo que se descartan porque la pregunta indica un cambio explícito en la configuración. Esto se cumple con el término ⁵S de configuración 2s¹2p³, cuya energía se encuentra a 2.684 eV sobre el estado del suelo. Afortunadamente, Google convierte 2.684 eV a 4.300E-19 J. Cualquier otro término de configuración 2s¹2p³ se encuentra por encima de este valor, por lo que no se tienen en cuenta.

Para saber cuántos átomos ocupa un estado en comparación con otro estado, se utiliza la fórmula de Boltzmann:

F (estado2) / F (estado1) = exp {[ E (estado1) – E (estado2)] / kT }

donde F es la población de cada estado, E es la energía de cada estado, k es la constante de Boltzmann (1.381E-23 J / K) y T es la temperatura absoluta. Considerando el estado2 como termS término y el estado1 como estado fundamental: E (estado1) -E (estado2) = -4.300E-19 J. Ahora pongamos la temperatura deseada en la fórmula para calcular el factor F (2) / F (1).

A 298 K, F (2) / F (1) = 4.2E-46. Casi el 100% de los átomos de C están en estado fundamental.

A 1000 K, F (2) / F (1) = 3,0E-14. En un billón de átomos, solo 30 están en estado excitado.

A 6000 K (temperatura de la superficie del Sol), F (2) / F (1) = 0.00558. Alrededor del 0,5% de los átomos de carbono están en estado excitado.

Creo que esto es suficiente para convencerlo de que la energía térmica no es tan importante para la configuración electrónica, a menos que esté considerando una temperatura muy alta (la superficie del Sol todavía está fría para ese propósito). Bueno, casi me estaba olvidando, la fórmula de Boltzmann es válida solo en estado de equilibrio; cuando el sistema está lejos del equilibrio, no ofrece predicciones confiables. A pesar de esto, solo en circunstancias muy especiales la temperatura afecta la configuración electrónica.

La temperatura no debería afectar directamente la configuración electrónica. Por lo general, los electrones cambian de estado porque absorben energía, como la de un fotón. Entonces, si la temperatura estuviera en un punto donde los cuerpos circundantes emitieran los fotones correctos para cambiar la configuración electrónica, entonces podría ver un cambio en la configuración hasta que el estado volviera a su estado normal, emitiendo un fotón.

Si un átomo de carbono cambiara su configuración, el cambio más probable sería que un electrón cambiara su espín. Si un electrón fuera promovido del orbital 2p a 3s, ese cambio probablemente duraría muy poco antes de que el átomo emitiera el electrón nuevamente.

En la práctica, el carbono es tan reactivo que es raro encontrar un átomo de carbono neutro solitario. Una vez que estás hablando de un átomo de carbono unido, las cosas cambian dramáticamente.

En un átomo, la energía se cuantifica y los átomos se restringen a niveles particulares de energía electrónica, vibracional y rotacional. El tamaño de los cuantos (es decir, las brechas entre los niveles de energía) aumenta en el orden:

traducción

La temperatura no suele ser suficiente para alterar el estado electrónico del átomo, pero se puede hacer en condiciones extremas, como un tubo de descarga de alto voltaje.

Hasta donde sé, no hay conexión entre la temperatura y la configuración electrónica de los átomos. Con respecto a la configuración de Absolute Zero, esto será más imaginario que real porque es imposible alcanzarlo.
Sin embargo, existe la posibilidad de cambiar la configuración electrónica excitando el átomo mediante calentamiento o carga eléctrica, pero nadie puede predecir exactamente qué resultará.