Kpl.6

6-3
Jatkuva spektri. Kuuman kappaleen spektri on jatkuva, koska aineosasten lämpövärähtelyt synnyttävät kaiken taajuista säteilyä. Jatkuva spektri saadaan näkyviin hajaannuttamalla säteily esimerkiksi prismalla. 
 
Emissiospektri. Kaasussa osa atomeista on viritystiloilla, ja kun nämä viritystilat purkautuvat alemmille energiatiloille, kaasu lähettää sähkömagneettista säteilyä aallonpituuksilla, jotka vastaavat niiden energiatilojen energiaeroa, joiden välillä siirtymä tapahtuu. Spektriviivat eli emissiospektri saadaan esille hajaannuttamalla kaasun lähettämä säteily esimerkiksi prismalla. 
 
Absorptiospektri. Kun kuuman kappaleen lähettää sähkömagneettinen säteily kulkee kaasun läpi, se virittää kaasun atomeja eri viritystiloille. Alkuperäisestä säteilystä poistuu silloin näitä siirtymiä vastaavien aallonpituuksien säteilyä, mikä ilmenee absorptiospektrinä eli tummina viivoina alkuperäisen säteilylähteen esimerkiksi prismalla avulla tuotetussa jatkuvassa spektrissä. Koska normaalitilaisessa kaasussa (ei korkeaan lämpötilaan kuumennettu) valtaosa atomeista on perustilalla, absorptiospektrissä näkyy selvimmin ne viivat, jotka vastaavat siirtymiä perustilalta viritystiloille. 

6-5
a) Fluoresenssi-ilmiössä virittyneet atomit tai molekyylit 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 fosforesenssiksi (viivästyneeksi fluoresenssiksi). 
 
b) Kellon viisareissa ja hätäpoistumiskylteissä on fosforoivaa ainetta, jonka atomit virittyvät valon vaikutuksesta ja viritystilat purkautuvat pitkän aikaa valon jo sammuttua. 
 
c)Seteleissä on usein niiden aitouden tarkistamiseen tarkoitettuja fluoresensseja elementtejä (painoväri, paperiin lisätyt kuidut), jotka näkyvät vain ultravioletissa valossa. 
 
6-6
a)
Säteily pystyy ionisoimaan atomin, mikäli säteilyn energia on suurempi tai yhtä suuri kuin atomin ionisoitumisenergia. Kvantin energian yhtälöstä E=hfsaadaan ehto \frac{hc}{\lambda}\ge24{,}6eVE=hf=\frac{hc}{\lambda}\Leftrightarrow\lambda=\frac{hc}{E}=\frac{4{,}13567\cdot10^{-15}eVs\cdot2{,}99792\cdot10^8\ \frac{m}{s}}{24{,}6eV}=5{,}04\cdot10^{-8}m=50{,}4nm

Koska säteilyn energia on kääntäen verrannollinen sen aallonpituuteen, pystyy säteily, jonka aallonpituus on λ ≤ 50,4 nm, ionisoimaan heliumatomin.  
b)
E=\frac{1}{2}mv^2\Leftrightarrow v=\sqrt[]{\frac{2E}{m}}=\sqrt[]{\frac{2\cdot24{,}6\cdot1{,}602176487\cdot19^{-19}J}{1{,}6605389\cdot10^{-27}kg}}=2{,}94167\cdot10^6\approx2.94M\frac{m}{s}

6-7
a) Koska kummankin aineen a ja b emissiospektreissä esiintyy samoissa kohden spektriviivoja kuin tutkitussa näytteessä, aineissa a ja b on samoja alkuaineita kuin tutkitussa näytteessä. Ylemmässä näytteessä on 6 Spektri muutakin ainetta tai aineita, koska toinen punaisista viivoista ja vihreä viiva eivät esiinny tutkitussa näytteessä. 
 
b) Heliumin spektrissä on viiva 706,52 nm, 667,81 nm, 587,56 nm, 501,57 nm, 492,20 nm, 471,31 nm ja 447,15 nm, jotka kaikki näkyvät spektrissä. Lisäksi spektrissä näkyvät vedyn viivat 434,05 nm ja 410,17 nm. Näytteessä on siis vetyä ja heliumia. 

6-8
\frac{1}{\lambda}=R_H\left(\frac{1}{n^2}-\frac{1}{m^2}\right)
Aallonpituus on suurin, kun nimittäjä on pienin. Suurin aallonpituus vastaa tapausta m = 2 eli siirtymää 2 → 1, toiseksi suurin tapausta m = 3 eli siirtymää 3 → 1 ja kolmanneksi suurin tapausta m = 4 eli siirtymää 4 → 1 

6-10