Fosforestsents on luminestsents, mis toimub siis, kui energia tarnib elektromagnetiline kiirgus, tavaliselt ultraviolettvalgus. Energiaallikas alustab elektroni aatom madalama energiaga olekust kõrgema energiaga ergastatud olekusse; siis vabastab elektron energia kujul nähtav valgus (luminestsents), kui see langeb madalama energiaseisundisse.
Võtmeisikud: fosfortsents
- Fosforestsents on fotoluminestsentsi tüüp.
- Fosforestsentsis neelab materjal valgust, mis tõstab elektronide energiatasemed ergastatud olekusse. Valguse energia ei ühti siiski lubatud ergastatud olekute energiaga, nii et neeldunud fotod takerduvad kolmikute olekusse. Üleminekud madalamasse ja stabiilsemasse energiaseisundisse võtavad aega, kuid nende toimumisel valgus vabaneb. Kuna see vabanemine toimub aeglaselt, näib, et fosfororestsentsmaterjal hakkab pimedas helendama.
- Fosforestseeruvate materjalide näideteks on pimedas helendavad tähed, mõned ohumärgid ja hõõguv värv. Erinevalt fosforestseeruvatest toodetest lakkavad fluorestsentspigmendid pärast valgusallika eemaldamist hõõguma.
- Ehkki fosforile on antud nimeks fosfori roheline kuma, helendab see tegelikult oksüdeerumise tõttu. See ei ole fosforestseeruv!
Lihtne seletus
Fosforestsents vabastab aja jooksul salvestatud energia aeglaselt. Põhimõtteliselt laaditakse fosforestseeruv materjal valguse käes. Seejärel salvestatakse energiat teatud aja jooksul ja vabastatakse aeglaselt. Kui energia vabaneb kohe pärast langeva energia neeldumist, nimetatakse seda protsessi fluorestsents.
Kvantmehaanika seletus
Fluorestsentsi korral neelab ja emiteerib pind peaaegu kohe (umbes 10 nanosekundit) footoni. Fotoluminestsents on kiire, kuna neeldunud footonite energia vastab energia olekutele ja materjali lubatud üleminekutele. Fosforestsents kestab palju kauem (millisekundites kuni päevani), kuna neeldunud elektron rändab ergastatud olekusse suurema spinni paljususega. Ergastatud elektronid jäävad lõksu kolmiku olekusse ja saavad madalama energiaga singulaarsesse olekusse langemiseks kasutada ainult "keelatud" siirdeid. Kvantmehaanika võimaldab keelatud üleminekuid, kuid need pole kineetiliselt soodsad, seetõttu võtab nende toimumine kauem aega. Kui neeldub piisavalt valgust, muutub salvestatud ja vabastatud valgus piisavalt oluliseks, et materjal näeks " tume. "Sel põhjusel paistavad fosforestseeruvad materjalid, nagu ka fluorestsentsmaterjalid, musta (ultraviolettkiirguse) valguses väga eredad. Fluorestsentsi ja fosforestsentsi erinevuse kuvamiseks kasutatakse tavaliselt Jablonski diagrammi.
Ajalugu
Fosforestseeruvate materjalide uurimine pärineb vähemalt 1602. aastast, kui itaallane Vincenzo Casciarolo kirjeldas "lapis solaris" (päikesekivi) või "lapis lunaris" (kuukivi). Avastust kirjeldati filosoofiaprofessori Giulio Cesare la Galla 1612. aasta raamatus De Fenomenis Orbe Lunaes. La Galla teatas, et Casciarolo kivi paiskas seda põlema pärast seda, kui see oli kuumutamise kaudu lubjastunud. See võttis Päikeselt valgust ja siis (nagu Kuu) andis pimeduses valgust. Kivi oli ebapuht bariit, ehkki ka teised mineraalid näitavad fosforstsentsi. Nende hulka kuulub mõni teemandid (tuntud India kuninga Bhoja poolt juba 1010-1055, taasavastatud Albertus Magnuse poolt ja uuesti taasavastatud Robert Boyle poolt) ja valge topaas. Hiinlased hindasid eriti sellist tüüpi fluoriiti, mida nimetatakse klorofaaniks ja mis kuvab luminestsentsi keha kuumuse, valguse käes või hõõrumise tagajärjel. Huvi fosforestsentsi ja muud tüüpi luminestsentsi olemuse vastu viis lõpuks radioaktiivsuse avastamiseni 1896. aastal.
Materjalid
Lisaks mõnele looduslikele mineraalidele toodetakse fosforstsentsi ka keemiliste ühendite abil. Tõenäoliselt on neist tuntuim tsinksulfiid, mida on toodetes kasutatud alates 1930. aastatest. Tsinksulfiid eraldab tavaliselt rohelist fosforstsentsi, kuigi valguse värvi muutmiseks võib lisada fosforid. Fosforid neelavad fosforestsentsi kiirgavat valgust ja vabastavad selle siis veel ühe värvina.
Viimasel ajal kasutatakse fosforestsentsiks strontsiumaluminaati. See ühend helendab kümme korda heledamalt kui tsinksulfiid ja salvestab ka oma energiat palju kauem.
Fosforestsentsi näited
Fosforestsentsi tavaliste näidete hulka kuuluvad tähed, mille inimesed panevad magamistoa seintele, mis helendavad tundideks pärast tulede väljalülitamist, ja värvi, mida kasutatakse hõõguvate tähemaalide tegemiseks. Kuigi element fosfor helendab roheliselt, valgus vabaneb oksüdeerumisest (kemoluminestsents) ja on mitte näide fosforestsentsist.
Allikad
- Franz, Karl A.; Kehr, Wolfgang G.; Siggel, Alfred; Wieczoreck, Jürgen; Adam, Waldemar (2002). "Luminestsentsmaterjalid" Ullmanni tööstuskeemia entsüklopeedia. Wiley-VCH. Weinheim. doi: 10.1002 / 14356007.a15_519
- Roda, Aldo (2010). Kemoluminestsents ja bioluminestsents: minevik, olevik ja tulevik. Kuninglik keemiaühing.
- Zitoun, D.; Bernaud, L.; Manteghetti, A. (2009). Pikaajalise fosfori süntees mikrolainetega. J. Chem. Haridus. 86. 72-75. doi: 10.1021 / ed086p72