WEBVTT Kind: captions; Language: fi 1 00:00:00.000 --> 00:00:05.100 Tässäpä animaatiossa sitten pari 2 00:00:05.100 --> 00:00:10.000 esimerkkiä erityyppisistä energiakvanteista. 3 00:00:10.000 --> 00:00:16.210 Animaatiossa vasemmalla meillä on valonlähde, jonka aallonpituutta voidaan vaihdella karkeasti mikroaaltojen, 4 00:00:16.210 --> 00:00:21.220 infrapunan, näkyvän valon ja ultraviolettivalon välillä, missä 5 00:00:21.220 --> 00:00:26.950 fotonin energia kasvaa mikroaalloista ultraviolettiin mentäessä. 6 00:00:26.950 --> 00:00:32.750 Ja valo sitten kohdistuu johonkin molekyyliin, jonka voi täältä valita. 7 00:00:32.750 --> 00:00:38.930 Miten valo ja molekyyli sitten vuorovaikuttavat keskenään? Otetaanpa vaikka valoksi 8 00:00:38.930 --> 00:00:44.250 infrapuna, molekyyliksi hiilidioksidi ja katsotaan! 9 00:00:44.250 --> 00:00:49.650 Kun infrapunafotoni osuu hiilidioksidiin, niin molekyyli sillon tällöin 10 00:00:49.650 --> 00:00:54.780 siirtyy perustilalta virittyneeseen värähtelytilaan. Jotkut 11 00:00:54.780 --> 00:01:00.030 fotonit aiheuttavat virittymisen, toiset taas eivät. Molekyyli viipyy 12 00:01:00.030 --> 00:01:05.220 viritystilassa hetken ja palaa sitten takaisin perustilalle satunnaisen ajan 13 00:01:05.220 --> 00:01:10.680 kuluttua. Palatessaan perustilalle molekyyli lähettää johonkin suuntaan 14 00:01:10.680 --> 00:01:15.870 fotonin, jonka energia on yhtä suuri kuin sen fotonin joka molekyylin 15 00:01:15.870 --> 00:01:20.640 alun perin viritti. Energia siis koko ajan säilyy, se 16 00:01:20.640 --> 00:01:26.280 vain muuttaa muotoaan. Yhtenä hetkenä energia on fotonissa eli sähkömagneettisessa 17 00:01:26.280 --> 00:01:30.930 kentässä, toisena hetkenä molekyylissä, sen värähtelyissä eli 18 00:01:30.930 --> 00:01:36.840 molekyylin sisäisissä potentiaali- ja kineettisissä energioissa. 19 00:01:36.840 --> 00:01:41.400 Energia muuttuu aina paketteina, kvantteina 20 00:01:41.400 --> 00:01:46.750 ja muutokset tapahtuvat äkillisinä kvanttihyppyinä. 21 00:01:46.750 --> 00:01:51.340 Energiatasokaavion vinkkelistä tilanne näyttää tältä: 22 00:01:51.500 --> 00:01:56.750 molekyyli on ensin perustilassa, sitten tulee fotoni joka 23 00:01:56.750 --> 00:02:02.300 virittää molekyylin viritettyyn värähtelytilaan, siten että viritystilan ja perustilan 24 00:02:02.300 --> 00:02:07.430 energiaero vastaa tätä fotonin energiaa. Ja 25 00:02:07.430 --> 00:02:13.070 jonkin ajan kuluttua viritystila purkautuu spontaanisti, molekyyli palaa 26 00:02:13.070 --> 00:02:17.600 perustilalle ja lähettää täsmälleen samaenergisen fotonin, 27 00:02:17.600 --> 00:02:22.750 tällä kertaa ainakin näennäisesti satunnaiseen suuntaan. 28 00:02:22.750 --> 00:02:28.000 Mikäli nyt kohdistamme hiilidioksidiin mikroaaltoja 29 00:02:28.000 --> 00:02:32.350 niin kuin tässä tai vaikkapa näkyvää 30 00:02:32.350 --> 00:02:36.640 valoa niin kuin tässä, niin siirtymistä viritystilalle 31 00:02:36.640 --> 00:02:41.830 ei tapahdu koska fotonin energia ei osu yksiin viritystilan 32 00:02:41.830 --> 00:02:45.940 energian kanssa. Mikroaalloilla fotonin energia oli liian 33 00:02:45.940 --> 00:02:50.500 pieni, valolla liian suuri. 34 00:02:50.500 --> 00:02:57.100 Molekyylin sisäisiäkin tiloja tosin voi olla monenlaisia. Esimerkiksi 35 00:02:57.100 --> 00:03:02.590 kun vesimolekyyliin osuu infrapunafotoni, se voi virittää 36 00:03:02.590 --> 00:03:08.000 tietyn värähtelymoodin vesimolekyylissä. 37 00:03:08.000 --> 00:03:13.880 Mutta kun vesimolekyyliin osuu mikroaaltofotoni, se voi aiheuttaa 38 00:03:13.880 --> 00:03:20.090 molekyylin siirtymisen toisenlaiseen viritystilaan, joka tässä tapauksessa on itseasiassa 39 00:03:20.090 --> 00:03:25.500 rotaatioon eli molekyylin pyörimiseen liittyvä viritystila. 40 00:03:25.500 --> 00:03:29.850 Energiatasokaaviossa on siis mukana useampi 41 00:03:29.850 --> 00:03:34.000 molekyylin sisäinen viritystila. 42 00:03:34.000 --> 00:03:40.300 Kullakin molekyylillä on erilaiset ja juuri omanlaisensa värähtelytilojen energiat. 43 00:03:40.300 --> 00:03:45.430 Siten molekyylejä usein myös tunnistetaan sen perusteella minkälaista valoa ne absorboivat 44 00:03:45.430 --> 00:03:51.100 eli minkälaisia värähtelytiloja niillä on. Näitä värähtelytiloja 45 00:03:51.100 --> 00:03:56.750 voidaankin siten käyttää eräänlaisena molekyylin sormenjälkenä. 46 00:03:56.750 --> 00:04:02.300 Kvantit voivat aikaansaada myös jotain monimutkasempaa kuten valon 47 00:04:02.300 --> 00:04:07.670 osuessa otsonimolekyyliin eli O3:een. Infrapunafotoni 48 00:04:07.670 --> 00:04:12.830 voi virittää otsonissa tietyn värähtelytilan, tuttuun tapaan. 49 00:04:12.830 --> 00:04:17.960 Mutta kun otsonimolekyyliin osuu ultraviolettifotoni, 50 00:04:17.960 --> 00:04:23.150 niin saattaa tapahtua myös kemiaa! UV-fotonissa on 51 00:04:23.150 --> 00:04:28.670 nimittäin tarpeeksi energiaa, jotta se aikaansaa sidoksen katkeamisen ja molekyylin 52 00:04:28.670 --> 00:04:33.750 muuttumisen happimolekyyli O2:ksi ja happiatomiksi. 53 00:04:33.750 --> 00:04:38.760 Juuri tällä tavoin yläilmakehässä oleva otsoni absorboi UV- 54 00:04:38.760 --> 00:04:43.750 säteilyä ja estää tehokkaasti sen pääsyn maahan. 55 00:04:43.750 --> 00:04:48.370 Mutta tällä tavoin siis erityyppiset kvantit keskustelevat keskenään. 56 00:04:48.370 --> 00:04:52.810 Toki kvanttien absorptioissa ja emissioissa täytyy toteutua 57 00:04:52.810 --> 00:04:57.460 myös esimerkiksi pyörimismäärän ja liikemäärän säilymislait, mutta energian 58 00:04:57.460 --> 00:05:01.750 säilymislaki on se kaikkein tärkein ja näkyvin. 59 00:05:01.750 --> 00:05:06.340 Kvanttien energioiden tulee aina olla yhteensopivat.