Energiatasokaavio
Atomin
elektroneilla on kullakin tietty kokonaisenergia, joka riippuu siitä, millä
etäisyydellä ytimestä elektroni liikkuu. Atomin energiatiloja (siis elektronin
energiatiloja!) kuvataan energiatasokaaviolla. Energiatasokaavioon merkitään
eri pääkvanttiluvun arvoja vastaavat energiat. Tilaa, jossa atomin
kokonaisenergia on pienin, kutsutaan atomin perustilaksi. Muita tiloja
kutsutaan viritystiloiksi.
Esim
yksielektronisen atomin kokonaisenergia on pienin, kun elektroni on
pääkvanttilukua n=1 vastaavalla energiatilalla. Eli sen energia on silloin
-13,6 eV. Energiatasokaaviossa
virittymistä kuvataan ylöspäin ja viritystilan purkautumista alaspäin
suuntautuvilla nuolilla.
Elektronin
siirtyessä alemmalta energiatilalta ylemmälle atomi absorboi energiaa ja
tällöin atomi virittyy. Viritystilan purkautuessa atomi siirtyy korkeammasta
energiatilasta alempaan ja atomi emittoi fotonin Fotonin energia on
energiatilojen energioiden erotus. Fotonin energia on energiatilojen
energioiden erotus. Viritystilan purkautuminen tapahtuu yleensä spontaanisti.
Elektronin
siirtymisen voi aiheuttaa säteilykvantti tai törmäyksessä saatu energia. Jotta
elektroni voi siirtyä alemmalta energiatilalta ylemmälle energiatilalle,
säteilykvantin energian pitää olla näiden energiatilojen erotus.
Atomi
voi emittoida tai absorboida kvantin eli fotonin, jonka energia on
hf =
Em – En
missä
Em ja En ovat energiatilojen m ja n energiat (m > n).
Atomi ottaa energiaa vastaan vain tietyn suuruisina kvantteina.
Vetyatomin energiatilat
Bohrin
vetyatomimallin mukaan elektroni voi olla vain tietyillä energiatiloilla.
Vetyatomin perustilan ja viritystilojen energiat voidaan laskea ythälöstä
En
= - 13,6/n2 eV jossa n =
1,2,3,...
Vetyatomi
on perustilassa, kun sen energia on pienin mahdollinen eli n = 1. Vetyatomin
energiatilat ovat kvantittuneet. Vetyatomin perustilan energia on -13,6 eV eli
elektronin irrottamiseen perustilassa olevasta vetyatomista tarvitaan vähintään
13,6 eV:n suuruinen energia. Tätä energiaa sanotaan vetyatomin
ionisointienergiaksi.
Fluoresenssi ja fosforesenssi
Fuoresenssi-ilmiössä
virittyneet molekyylit tai atomit palaavat viritystilalta perustilaan yhden tai
useamman välitilan kautta välittömästi virittymisen tapahduttua ja lähettävät
näkyvää valoa. Fluoresenssi päättyy siis samalla hetkellä kuin siihen
kohdistuva, virityksen aiheuttava säteily päättyy.
Joissakin
aineissa viritystila on pitkäikäinen, ja nämä aineet säteilevät vielä
virittävän säteilyn loputtuakin. Tätä ilmiötä kutsutaan viivästyneeksi
fluoresenssiksi eli fosforesenssiksi. Fluoresenssia hyödynnetään esim kaupan
kassalla. Siinä setelien aitous voidaan varmistaa UV-lampun ja
fluoresenssi-ilmiön avulla. Veri- ja hikijäämät loistavat UV-lampun aiheuttaman
fluoresenssin takia, vaikka ne voivat olla näkymättömiä valkoisessa valossa. Tätä
käytetään hyödyksi rikostutkinnassa. Yökerhoissa ja hohtokeilaushalleissa on
käytössä UV-A-lamppuja, jotka saavat valkoiset vaatteet hohtamaan pimeässä.
Laser
Stimuloidussa
emissiossa virittynyt atomi stimuloidaan energialtaan oikean fotonin avulla
luovuttamaan säteilykvantti. Lopputuloksena on kaksi fotonia, joilla on
täsmälleen sama taajuus. Nämä fotonit saavat edelleen uusia virittyneitä
atomeja purkautumaan, jolloin syntyy suuri joukko samantaajuisia fotoneja.
Syntyy valoa, jota kutsutaan laservaloksi.
Stimuloitu emissio
Stimuloitu emissio
Laseriksi
kutsutaan laitetta, jossa voidaan saada aikaan stimuloitu emissio. Laserin valo
on monokromaattista ja koherenttia valoa, eli sen aalloilla on sama taajuus ja
vaihe. Valolla on myös suuri intensiteetti. Laseria käytetään teollisuudessa,
lääketieteessä ja viihdeteollisuudessa. Blu-ray-levyjen luentaan käytetään
sinistä laseria punaisen laserin sijaan. Sininen laservalo on lyhytaaltoisempaa
joten sen avulla levylle voidaan tallentaa enemmän dataa.
Absorptio
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti