Los estados de Rydberg [1] de un átomo o molécula son estados excitados electrónicamente con energías que siguen la fórmula de Rydberg a medida que convergen en un estado iónico con una energía de ionización . Aunque la fórmula de Rydberg se desarrolló para describir los niveles de energía atómica, se ha utilizado para describir muchos otros sistemas que tienen una estructura electrónica aproximadamente similar al hidrógeno atómico. [2] En general, a números cuánticos principales suficientemente altos , un sistema electrón-núcleo iónico excitado tendrá el carácter general de un sistema hidrogénico y los niveles de energía seguirán la fórmula de Rydberg. Los estados de Rydberg tienen energías que convergen en la energía del ion. El umbral de energía de ionización es la energía requerida para liberar completamente un electrón del núcleo iónico de un átomo o molécula. En la práctica, un paquete de ondas de Rydberg se crea mediante un pulso láser en un átomo hidrogénico y, por lo tanto, llena una superposición de estados de Rydberg. [3] Las investigaciones modernas que utilizan experimentos de bombeo-sonda muestran vías moleculares, por ejemplo, la disociación de (NO) 2 , a través de estos estados especiales. [4]
Las series de Rydberg describen los niveles de energía asociados con la eliminación parcial de un electrón del núcleo iónico. Cada serie de Rydberg converge en un umbral de energía de ionización asociado con una configuración particular del núcleo iónico. Estos niveles de energía de Rydberg cuantizados se pueden asociar con la imagen atómica cuasiclásica de Bohr. Cuanto más nos acercamos a la energía del umbral de ionización, mayor es el número cuántico principal y menor la diferencia de energía entre los "estados de Rydberg cercanos al umbral". A medida que el electrón asciende a niveles de energía más altos, la excursión espacial del electrón desde el núcleo iónico aumenta y el sistema se parece más a la imagen cuasiclásica de Bohr .
La energía de los estados de Rydberg se puede refinar incluyendo una corrección llamada defecto cuántico en la fórmula de Rydberg. La corrección del "defecto cuántico" está asociada con la presencia de un núcleo iónico distribuido. Incluso para muchos sistemas moleculares excitados electrónicamente, la interacción del núcleo iónico con un electrón excitado puede adoptar los aspectos generales de la interacción entre el protón y el electrón en el átomo de hidrógeno . La asignación espectroscópica de estos estados sigue la fórmula de Rydberg y se denominan estados de Rydberg de las moléculas.
Aunque la fórmula energética de la serie de Rydberg es el resultado de una estructura atómica similar al hidrógeno , los estados de Rydberg también están presentes en las moléculas. Las funciones de onda de los estados de Rydberg altos son muy difusas y abarcan diámetros que se acercan al infinito. [ atribución necesaria ] [ vago ] Como resultado, cualquier molécula neutra aislada se comporta como un átomo similar al hidrógeno en el límite de Rydberg. Para moléculas con múltiples cationes monovalentes estables , pueden existir múltiples series de Rydberg. Debido a la complejidad de los espectros moleculares, los estados de Rydberg bajos de las moléculas a menudo se mezclan con estados de valencia con energía similar y, por lo tanto, no son estados de Rydberg puros. [5]