Fosforescence je luminiscence, ke které dochází, když energie je dodáván společností elektromagnetická radiace, obvykle ultrafialové světlo. Zdroj energie kope elektronu atom ze stavu nižší energie do stavu „vzrušené“ vyšší energie; pak elektron uvolní energii ve formě viditelné světlo (luminiscence), když klesne zpět do nižšího energetického stavu.
Klíčové cesty: Fosforescence
- Fosforescence je typ fotoluminiscence.
- Při fosforescenci je světlo absorbováno materiálem a narážejí energetické hladiny elektronů do excitovaného stavu. Energie světla se však zcela neshoduje s energií povolených vzrušených stavů, takže absorbované fotografie uvíznou ve stavu tripletu. Přechody do nižšího a stabilnějšího energetického stavu vyžadují čas, ale když k nim dojde, uvolní se světlo. Protože k tomuto uvolňování dochází pomalu, zdá se, že ve tmě svítí fosforeskující materiál.
- Mezi příklady fosforeskujících materiálů patří žhavé hvězdy, některé bezpečnostní značky a žhnoucí barva. Na rozdíl od produktů fosforeskujících, fluorescenční pigmenty přestanou svítit, jakmile je světelný zdroj odstraněn.
- Ačkoli pojmenovaný pro zelenou záři elementu fosfor, fosfor ve skutečnosti svítí kvůli oxidaci. Není to fosforescenční!
Jednoduché vysvětlení
Fosforescence uvolňuje akumulovanou energii v průběhu času. V zásadě je fosforeskující materiál „nabitý“ vystavením světlu. Poté je energie po určitou dobu uložena a pomalu uvolňována. Když je energie uvolněna okamžitě po absorbování dopadající energie, je proces vyvolán fluorescence.
Vysvětlení kvantové mechaniky
Při fluorescenci povrch absorbuje a opětovně emituje foton téměř okamžitě (přibližně 10 nanosekund). Fotoluminiscence je rychlá, protože energie absorbovaných fotonů odpovídá energetickým stavům a dovoleným přechodům materiálu. Fosforescence trvá mnohem déle (milisekundy až dny), protože absorbovaný elektron přechází do vzrušeného stavu s vyšší multiplikací spinu. Vzrušené elektrony jsou uvězněny ve stavu tripletu a mohou použít pouze „zakázané“ přechody k poklesu do singletového stavu s nižší energií. Kvantová mechanika umožňuje zakázaný přechod, ale nejsou kineticky příznivé, takže trvá déle. Pokud je absorbováno dostatečné množství světla, je uložené a uvolněné světlo dostatečně významné pro to, aby materiál vypadal "v žáru" tmavý. “Z tohoto důvodu se fosforeskující materiály, jako fluorescenční materiály, jeví jako velmi světlé pod černým (ultrafialovým) světlem. Jablonskiho diagram se běžně používá k zobrazení rozdílu mezi fluorescencí a fosforescencí.
Dějiny
Studium fosforeskujících materiálů sahá až do roku 1602, kdy italský Vincenzo Casciarolo popsal „lapis solaris“ (sluneční kámen) nebo „lapis lunaris“ (měsíční kámen). Objev byl popsán v knize profesora Giulia Cesare la Gally z roku 1612 De Phenomenis v Orbe Lunae. La Galla hlásí Casciaroloův kámen vyzařovaný světlem poté, co byl kalcifikován ohřevem. Přijalo světlo od Slunce a poté (jako Měsíc) vydalo světlo ve tmě. Kámen byl nečistým barytem, i když jiné minerály vykazují také fosforescenci. Patří k nim některé diamanty (známý indickému králi Bhoji již v letech 1010-1055, znovuobjevený Albertem Magnusem a znovuobjeven Robertem Boyleem) a bílý topaz. Zejména Číňané oceňovali typ fluoritu zvaného chlorofan, který by vykazoval luminiscenci z tělesného tepla, vystavení světlu nebo tření. Zájem o povahu fosforescence a dalších typů luminiscence nakonec vedl k objevu radioaktivity v roce 1896.
Materiály
Kromě několika přírodních minerálů je fosforescence produkována chemickými sloučeninami. Nejznámějším z nich je pravděpodobně sulfid zinečnatý, který se ve výrobcích používá již od 30. let 20. století. Sulfid zinečnatý obvykle emituje zelenou fosforescenci, i když mohou být přidány fosfory pro změnu barvy světla. Fosfory absorbují světlo emitované fosforescencí a poté jej uvolňují jako jinou barvu.
V poslední době se pro fosforescenci používá hlinitan strontnatý. Tato směs svítí desetkrát jasněji než sirník zinečnatý a také uchovává svou energii mnohem déle.
Příklady fosforescence
Mezi běžné příklady fosforescence patří hvězdy, které lidé kladou na stěny ložnice a které svítí hodiny po zhasnutí světel, a barva použitá k vytvoření zářících nástěnných maleb. Ačkoli prvek fosfor svítí zeleně, světlo se uvolňuje oxidací (chemiluminiscence) a je ne příklad fosforescence.
Zdroje
- Franz, Karl A.; Kehr, Wolfgang G.; Siggel, Alfred; Wieczoreck, Jürgen; Adam, Waldemar (2002). "Luminiscenční materiály" v Ullmannova encyklopedie průmyslové chemie. Wiley-VCH. Weinheim. doi: 10,1002 / 14356007.a15_519
- Roda, Aldo (2010). Chemiluminiscence a bioluminiscence: minulost, současnost a budoucnost. Královská společnost chemie.
- Zitoun, D.; Bernaud, L.; Manteghetti, A. (2009). Mikrovlnná syntéza dlouhodobého fosforu. J. Chem. Educ. 86. 72-75. doi: 10,1021 / ed086p72