Fosforescensdefinition och exempel

Fosforescens är luminescens som uppstår när energi tillförs genom elektromagnetisk strålning, vanligtvis ultraviolett ljus. Energikällan sparkar en elektron från en atom från ett lägre energitillstånd till ett "upphetsat" högre energitillstånd; sedan släpper elektronen energin i form av synligt ljus (luminescens) när den faller tillbaka till ett lägre energitillstånd.

Viktiga takeaways: fosforescens

• Fosforescens är en typ av fotoluminescens.
• Vid fosforescens absorberas ljus av ett material och stöter upp energinivåerna hos elektroner i ett upphetsat tillstånd. Ljusens energi matchar dock inte riktigt med energin i tillåtna upphetsade tillstånd, så de absorberade fotona fastnar i ett triplettillstånd. Övergångar till ett lägre och mer stabilt energitillstånd tar tid, men när de inträffar släpps ljus. Eftersom denna frisättning sker långsamt, verkar ett fosforescerande material glöda i mörkret.
• Exempel på fosforescerande material inkluderar glow-in-the-dark stjärnor, vissa säkerhetsskyltar och glödande färg. Till skillnad från fosforescerande produkter slutar lysrörspigment att lysa när ljuskällan har tagits bort.
• Även om den är uppkallad efter det gröna glödet av elementet fosfor, glöder fosfor faktiskt på grund av oxidation. Det är inte fosforescerande!

Enkel förklaring

Fosforescens frisätter den lagrade energin långsamt över tiden. I princip "fosforescerande material" laddas genom att utsättas för ljus. Sedan lagras energin under en tid och frigörs långsamt. När energin frigörs omedelbart efter absorberande av den infallande energin kallas processen fluorescens.

Kvantmekanik Förklaring

Vid fluorescens absorberar och avger en yta en foton nästan direkt (cirka 10 nanosekunder). Fotoluminescens är snabb eftersom energin i de absorberade fotonerna matchar energitillstånd och tillåtna övergångar av materialet. Fosforescens varar mycket längre (millisekunder upp till dagar) eftersom den absorberade elektronen korsar till ett upphetsat tillstånd med högre spinnmultiplicitet. De upphetsade elektronerna fastnar i ett triplettillstånd och kan bara använda "förbjudna" övergångar för att släppa till ett singletillstånd med lägre energi. Kvantmekanik möjliggör förbjuden övergång, men de är inte kinetiskt fördelaktiga, så det tar längre tid att inträffa. Om tillräckligt med ljus absorberas blir det lagrade och släppta ljuset tillräckligt betydande för att ett material kan tyckas "glöda i mörkret." Av denna anledning verkar fosforescerande material, som fluorescerande material, mycket ljusa under ett svart (ultraviolett) ljus. Ett Jablonski-diagram används vanligtvis för att visa skillnaden mellan fluorescens och fosfororescens.

Detta Jablonski-diagram visar skillnaden mellan mekanismerna för fluorescens och fosfororescens. Smokefoot / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0

Historia

Studien av fosforescerande material går tillbaka till minst 1602 då italienska Vincenzo Casciarolo beskrev en "lapis solaris" (solsten) eller "lapis lunaris" (månsten). Upptäckten beskrevs i filosofiprofessor Giulio Cesare la Gallas bok från 1612 De Phenomenis i Orbe Lunae. La Galla rapporterar att Casciarolos sten släpper ut ljus på sin tändning efter att den hade förkalkats genom uppvärmning. Den fick ljus från solen och gav sedan ut (som månen) ljus i mörkret. Stenen var oren barit, även om andra mineraler också uppvisar fosforescens. De inkluderar några diamanter (känd av den indiska kungen Bhoja så tidigt som 1010-1055, återupptäckt av Albertus Magnus och återupptäckt av Robert Boyle) och vit topas. Kineserna uppskattade i synnerhet en typ av fluorit, kallad klorofan, som skulle uppvisa luminescens från kroppsvärme, exponering för ljus eller gnugga. Intresset för fosfororescens natur och andra typer av luminescens ledde så småningom till att radioaktivitet upptäcktes 1896.

material

Förutom några få naturliga mineraler produceras fosforescens av kemiska föreningar. Förmodligen är den mest kända av dessa zinksulfid, som har använts i produkter sedan 1930-talet. Zinksulfid avger vanligtvis en grön fosforescens, även om fosforer kan tillsättas för att ändra ljusets färg. Fosforer absorberar ljuset som avges genom fosforescens och släpper det sedan som en annan färg.

På senare tid används strontiumaluminat för fosforescens. Denna förening glöder tio gånger ljusare än zinksulfid och lagrar också sin energi mycket längre.

Exempel på fosforescens

Vanliga exempel på foshorescence inkluderar stjärnor som folk lägger på sovrumsväggar som glöder i timmar efter att lamporna har släckts och målar som används för att göra glödande stjärnmålningar. Även om elementet fosfor lyser grönt frigörs ljuset från oxidation (kemiluminescens) och är inte ett exempel på fosforescens.

källor

• Franz, Karl A .; Kehr, Wolfgang G .; Siggel, Alfred; Wieczoreck, Jürgen; Adam, Waldemar (2002). "Självlysande material" i Ullmanns encyklopedi för industriell kemi. Wiley-VCH. Weinheim. doi: 10,1002 / 14356007.a15_519
• Roda, Aldo (2010). Chemiluminescence and Bioluminescence: Past, Present and Future. Royal Society of Chemistry.
• Zitoun, D.; Bernaud, L .; Manteghetti, A. (2009). Mikrovågsyntes av en långvarig fosfor. J. Chem. Educ. 86. 72-75. doi: 10,1021 / ed086p72